Java 锁之 CAS

什么是CAS(compare and swap)?

CAS(Compare & Set,或是 Compare & Swap),即比较并交换,也是实现我们平时所说的自旋锁或乐观锁的核心操作。

它的实现很简单,就是用一个预期的值和内存值进行比较,如果两个值相等,就用预期的值替换内存值,并返回 true。否则,返回 false。

  • CAS是线程并发算法时用到的一种技术
  • CAS是原子操作,保证并发安全,而不是保证并发同步
  • CAS是CPU的一个指令
  • CAS是非阻塞的、轻量级的乐观锁

CAS的原子性是由CPU硬件指令实现保证的,即使用JNI调用native方法调用由C++编写的硬件级别指令,jdk中提供了Unsafe类执行这些操作。

为什么说CAS是乐观锁?

乐观锁,严格来说并不是锁,通过原子性来保证数据的同步,比如说数据库的乐观锁,通过版本控制来实现等,所以CAS不会保证线程同步。乐观的认为在数据更新期间没有其他线程影响

CAS原理

CAS就是将内存值更新为需要的值,但是有个条件,内存值必须与期望值相同。举个例子,期望值 E、内存值M、更新值U,当E == M的时候将M更新为U。

CAS应用

由于CAS是CPU指令,我们只能通过JNI与操作系统交互,关于CAS的方法都在sun.misc包下Unsafe的类里 java.util.concurrent.atomic包下的原子类等通过CAS来实现原子操作。

CAS优缺点

优点
非阻塞的轻量级的乐观锁,通过CPU指令实现,在资源竞争不激烈的情况下性能高,相比synchronized重量锁,synchronized会进行比较复杂的加锁,解锁和唤醒操作。
缺点

  1. ABA问题:线程C、D,线程D将A修改为B后又修改为A,此时C线程以为A没有改变过,java的原子类AtomicStampedReference,通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。
  2. 自旋时间过长,消耗CPU资源:如果资源竞争激烈,多线程自旋长时间消耗资源。
  3. CAS只能保证一个共享变量的原子操作。如果有多个变量,就只能采用别的方式:如悲观锁

CAS总结

CAS不仅是乐观锁,是种思想,我们也可以在日常项目中通过类似CAS的操作保证数据安全,但并不是所有场合都适合,

曾看过帖子说,能用synchronized就不要用CAS,除非遇到性能瓶颈,因为CAS会让代码可读性变差,这句话看大家怎么理解了。

拓展:
https://www.cnblogs.com/Mainz/p/3546347.html

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