Gointerface接口声明实现及作用详解
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2022-10-25
详解java 中的CAS与ABA
1. 独占锁:
属于悲观锁,有共享资源,需要加锁时,会以独占锁的方式导致其它需要获取锁才能执行的线程挂起,等待持有锁的钱程释放锁。传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制,比如行锁,表锁等,读锁,写锁等,都是在做操作之前先上锁。java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁的思想。
1.1 乐观锁的操作
多线程并发修改一个值时的实现:
public class SimulatedCAS {
//加volatile的目的是利用其happens-before原则,保证线程可见性
private volatile int value;
public synchronized int getValue() { return value; }
public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {
int oldValue = value;
if (value == expectedValue)
value = newValue;
return oldValue;
}
}
2. 乐观锁:
总是假设最好的情况,每次去拿数据的时候都认为别人不会修改,所以不会上锁,但是在更新的时候会判断一下在此期间别人有没有去更新这个数据,可以使用版本号机制和CAS算法实现。乐观锁适用于多读的应用类型,这样可以提高吞吐量,像数据库提供的类似于write_condition机制,其实都是提供的乐观锁。 在Java中java.util.concurrent.atomic包下面的原子变量类就是使用了乐观锁的一种实现方式CAS实现的。乐观锁一般会使用版本号机制或CAS算法实现。
2.1 CAS操作
CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置(V)、预期原值(A)和新值(B)。如果内存位置的值与预期原值相匹配,那么处理器会自动将该位置值更新为新值。否则,处理器不做任何操作。无论哪种情况,它都会在 CAS 指令之前返回该位置的值。(在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功,而不提取当前值。)CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A;如果包含该值,则将 B 放到这个位置;否则,不要更改该位置,只告诉我这个位置现在的值即可。”
通常将 CAS 用于同步的方式是从地址 V 读取值 A,执行多步计算来获得新值 B,然后使用 CAS 将 V 的值从 A 改为 B。如果 V 处的值尚未同时更改,则 CAS 操作成功。
类似于 CAS 的指令允许算法执行读-修改-写操作,而无需害怕其他线程同时修改变量,因为如果其他线程修改变量,那么 CAS 会检测它(并失败),算法可以对该操作重新计算。 CAS实现计数器的操作:
public class CasCounter {
private SimulatedCAS value;
public int getValue() {
yfZaSlpyFreturn value.getValue();
}
public int increment() {
int oldValue = value.getValue();
while (value.compareAndSwap(oldValue, oldValue + 1) != oldValue)
oldValue = value.getValue();
return oldValue + 1;
}
}
3. 原子变量类
JDK5.0之后加入了java.util.concurrent.atomic 包,其中的AtomicInteger; AtomicLong; AtomicReference; AtomicBoolean 等都是在CAS基础上实现的。
4. CAS的缺陷
循环时间太长,如果自旋长时间不成功,会给cpu带来极大的开销,有兴趣的可以使用JMH测试下AtomicLong 和 LongAdder的性能。
ABA问题: CAS需要检查待操作值有没有发生改变,如果没有发生改变则更新。 但是存在这样一种情况:如果一个值原来是A,变成了B,然后又变成了A,那么在CAS检查的时候会发现没有改变,但是实质上它已经发生了改变,这就是所谓的ABA问题。 在运用CAS做Lock-Free操作中有一个经典的ABA问题:比如线程1从内存位置V中取出A,这时另一个线程2也从内存中取出A,并且线程2进行了操作之后变成了B,然线程2又将V位置数据变成了A,这时候线程1进行CAS操作发现内存中仍然是A,然后线程1 操作成功。看上去是成功了,实际上有隐藏的问题: 现有一个用单向链表实现的FIFO堆栈,栈顶为A,这时线程1已经知道A.next为B,然后希望用CAS将栈顶替换为B,在线程1执行上面这条指令之前,线程2 介入,将A、B出栈,再push D、C、A,此时A位于栈顶,B已经不在栈中;此时线程1执行CAS,发现栈顶仍为A,所以CAS成功,即将栈顶变成B,但实际上此时B与 当前栈中元素D、C没有关系,B.next为null,这样一来就直接把C、D丢掉了。 对于ABA问题其解决方案是加上版本号,即在每个变量都加上一个版本号,每次改变时加1,即A —> B —> A,变成A(1) —> B(2) —> A(3)。 java中AtomicStampedReference也实现了这个作用,它通过包装[E,Integer]的元组来对对象标记版本戳stamp,从而避免ABA问题。
public class AtomicTest {
private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100);
private static AtomicStampedReference
newhttp:// AtomicStampedReference
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
atomicInteger.compareAndSet(99, 100);
atomicInteger.compareAndSet(100, 99);
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
}catch (InterruptedException e){
e.printStackTrace();
}
boolean b = atomicInteger.compareAndSet(99, 100);
System.out.println(b);
});
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
Thread refT1 = new Thread(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
atomicStampedReference.compareAndSet(99yfZaSlpyF, 100,
atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1);
atomicStampedReference.compareAndSet(100, 99,
atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1);
});
Thread refT2 = new Thread(() -> {
int stamp = atomicStampedReference.getStamp();
System.out.println("before sleep : stamp = " + stamp); // stamp = 0
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("after sleep : stamp = " + atomicStampedReference.getStamp());//stamp = 1
boolean c3 = atomicStampedReference.compareAndSet(99, 100, stamp, stamp+1);
System.out.println(c3); //false
});
refT1.start();
refT2.start();
}
}
结果如下:
true
before sleep : stamp = 0
after sleep : stamp = 2
false
也就是说AtomicInteger更新成功,而AtomicStampedReference更新失败。
以上就是详解java 中的CAS与ABA的详细内容,更多关于java 中的CAS与ABA的资料请关注我们其它相关文章!
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