java多线程系列 JUC原子类 CAS及原子类
根据数据类型,可以将JUC包中的原子操作类可以分为4类。
1. 基本类型: AtomicInteger, AtomicLong, AtomicBoolean ;
2. 数组类型: AtomicIntegerArray, AtomicLongArray, AtomicReferenceArray ;
3. 引用类型: AtomicReference, AtomicStampedRerence, AtomicMarkableReference ;
4. 对象的属性修改类型: AtomicIntegerFieldUpdater, AtomicLongFieldUpdater, AtomicReferenceFieldUpdater 。
这些类存在的目的是对相应的数据进行原子操作。所谓原子操作,是指操作过程不会被中断,保证数据操作是以原子方式进行的 其底层都是使用CAS(Compare And Set)实现。
CAS: CAS的机制就相当于“非阻塞算法”,CAS是由CPU硬件实现,所以执行相当快.CAS有三个操作参数:内存地址,期望值,要修改的新值,当期望值和内存当中的值进行比较不相等的时候,表示内存中的值已经被别线程改动过,这时候失败返回,当相等的时候,将内存中的值改为新的值,这一系列的操作是原子的。
CAS是所有原子变量的原子性的基础,其原因就在于这个native操作会最终演化为一条CPU指令cmpxchg,而不是多条CPU指令。由于CAS仅仅是一条指令,因此它不会被多线程的调度所打断,所以能够保证CAS操作是一个原子操作。补充一点,当代的很多CPU种类都支持cmpxchg操作,但不是所有CPU都支持,对于不支持的CPU,会自动加锁来保证其操作不会被打断。
这是一种不加锁而实现操作原子化的一种巧妙的编程方式,不仅在Java的jvm种,甚至在操作系统的底层并发实现机制中也有CAS的大量应用。
但是这种方式有没有缺点呢?
CAS缺点
CAS虽然很高效的解决原子操作,但是CAS仍然存在三大问题。ABA问题,循环时间长开销大和只能保证一个共享变量的原子操作
1. ABA问题。因为CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化,如果没有发生变化则更新,但是如果一个值原来是A,变成了B,又变成了A,那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化,但是实际上却变化了。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加上版本号,每次变量更新的时候把版本号加一,那么A-B-A 就会变成1A-2B-3A。
从Java1.5开始JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法作用是首先检查当前引用是否等于预期引用,并且当前标志是否等于预期标志,如果全部相等,则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。
2. 循环时间长开销大。自旋CAS如果长时间不成功,会给CPU带来非常大的执行开销(即使没有任何争用也会做一些无用功)。如果JVM能支持处理器提供的pause指令那么效率会有一定的提升,pause指令有两个作用,第一它可以延迟流水线执行指令(de-pipeline),使CPU不会消耗过多的执行资源,延迟的时间取决于具体实现的版本,在一些处理器上延迟时间是零。第二它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突(memory order violation)而引起CPU流水线被清空(CPU pipeline flush),从而提高CPU的执行效率。
3. 只能保证一个共享变量的原子操作。当对一个共享变量执行操作时,我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作,但是对多个共享变量操作时,循环CAS就无法保证操作的原子性,这个时候就可以用锁,或者有一个取巧的办法,就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如有两个共享变量i=2,j=a,合并一下ij=2a,然后用CAS来操作ij。从Java1.5开始JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性,你可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作(会增加程序测试的复杂度,稍不注意就会出现问题)。
参考:http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3514589.html
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