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CAS无锁策略

2019年01月23日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

  在并发编程中,对于共享资源的使用需要确保绝对的安全性。除了利用锁机制之外,还有一种无锁的概念。所谓无锁,就是假定在并发情况下,对于共享资源的访问没有冲突,线程可以一直不停的运行,无需阻塞,如果产生冲突,则使用cas算法确保安全性。java在很多并发代码中都使用了这种算法。

  cas算法的核心参数如下:

compareandset(v,e,a)

  v代码需要进行更新的变量;e代表预期值;a代表所要更新的值。

  cas的核心思想就是:当要对一个变量进行更新时,先取出该变量此时在内存中的实际值,与预期值进行比较。如果相等,则代表没有其他线程对其进行过修改,直接更新。如果不同,表示有其他线程修改过,此时有两种策略。一种是让cas自旋,直到更新成功;另外表示当前线程更新失败,继续后续逻辑。大概示意图如下:

  对于cas自旋,有可能会出现长时间更新失败,浪费cpu性能的情况。jdk1.6以后,加入了适应性自旋的概念。即如果某个锁自旋时很少获得成功,那么会减少自旋次数。自旋次数的默认值是10次,可以使用参数-xx:preblockspin来更改。

  再说一下为什么cas在更新变量值的时候不会受到其他线程的影响呢?会不会我在判断更新值与预期值相等,进行更新的过程中,变量被其他线程更新了呢?其实不会,因为cas具有排它性,一次cas是一个原子操作,是cpu源语级别。确保隔离性。

  java对于cas是使用unsafe类进行支持的。顾名思义,不安全,可以让程序员像c语言那样直接操纵内存指针。java.util.concurrent.atomic包下的类,都是使用cas实现的。

 

aba缺陷

  不知道大家通过上面对cas的介绍说明,看到了cas算法的缺陷没有!

  cas本身会有aba问题。举个例子,变量m = 10,我要把m更新为30。在我判断之前,有其他线程先把m更新到50,在从50更新到10。那么我进行 10 == 10的判断时,这时候我怎么确定m的值有没有被改过呢?这就是aba问题了。

  要解决这个问题,我们就需要在进行 10 == 10判断的时候,还需要有其他参照。java中有一个类atomicstampedreference,这个类除了维护变量值之外,还会维护一个时间戳。用于确定数值版本。

private static class pair<t> {
        final t reference;
        final int stamp;
        private pair(t reference, int stamp) {
            this.reference = reference;
            this.stamp = stamp;
        }
        static <t> pair<t> of(t reference, int stamp) {
            return new pair<t>(reference, stamp);
        }
    }

    private volatile pair<v> pair;

  用volatile关键字修饰的内部类。

  

  看一下核心的compareandset()方法:

public boolean compareandset(v   expectedreference,
                                 v   newreference,
                                 int expectedstamp,
                                 int newstamp) {
        pair<v> current = pair;
        return
            expectedreference == current.reference &&
            expectedstamp == current.stamp &&
            ((newreference == current.reference &&
              newstamp == current.stamp) ||
             caspair(current, pair.of(newreference, newstamp)));
    }

  可以看到除了比较数值之外,还会比较时间戳。

 

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