打开文件管理器Device File Explorer
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版本Android Studio3.2
什么是CAS
它是用在并发场合用来实现线程安全的一种算法,进行不可分割的原子操作。基本思想是:我认为value的值应该是A,如果是的话那我就把它改成B,如果不是A就说明已经被别人修改过了,那么我就不修改了,这就避免了并发情况下多人修改导致出错。
CAS有三个操作数:内存值V、预期值A、要求改的值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,才将内存值修改为B,否则什么都不做。最后返回现在的V值。
CPU的特殊指令:CAS实际上是要利用CPU的特殊指令,这些指令由CPU保证了他们的原子性,一个指令就可以做好几件事情,也不会出现线程安全问题。
案例
理解CAS的等价代码:
public class SimulatedCAS {
private volatile int value;
public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {
int oldValue = value;
if (oldValue == expectedValue) {
value = newValue;
}
return oldValue;
}
}
应用场景
CAS在juc包中的应用是很多的,既能保证安全性,又能提高性能,不需要去获取互斥同步锁。CAS的第一个应用就是乐观锁,还有并发容器,以及原子类。
以AtomicInteger为例,分析在Java中是如何利用CAS实现原子操作的
关于Java中是如何利用CAS实现原子操作:
AtomicInteger加载Unsafe工具,用来直接操作内存数据。
所以实际上是通过Unsafe来实现底层操作。
关于Unsafe类:
Unsafe是CAS的核心类。Java无法直接访问底层操作系统,而是通过本地native方法来访问。不过尽管如此,JVM还是开启了一个后门,JDK中的一个类Unsafe,提供了硬件级别的原子操作。
Unsafe代码中的objectFieldOffset方法获得的VALUE表示的是变量值在内存中的偏移地址,因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据的原值的,这样我们就能通过Unsafe来实现CAS了。
并且还需要volatile修饰value字段,保证可见性。
getAndAddInt方法分析
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
private static final jdk.internal.misc.Unsafe U = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();
private static final long VALUE = U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");
//这个静态变量会在最初被加载,
//VALUE则是用Unsafe的objectFieldOffset取得的,拿到的是AtomicInteger这个类中value字段的地址。
//而value正是用volatile修饰的
private volatile int value; //省略。。。 //分析getAndAdd方法
public final int getAndAdd(int delta) {
//调用的是Unsafe的getAndAddInt方法
return U.getAndAddInt(this, VALUE, delta);
}
}
class Unsafe{
//省略。。。 @HotSpotIntrinsicCandidate
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
int v;
do {
v = getIntVolatile(o, offset);
} while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
//可以看到上面是一个dowhile循环
//而循环条件就调用了weakCompareAndSetInt,正是CAS的体现
return v;
} @HotSpotIntrinsicCandidate
public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,
int expected,
int x) {
return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);
} //到这里已经是一个native方法了
//关于这个本地方法,它的C++代码的思路是,利用偏移量拿到原值地址,然后进行相应的CAS操作
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final native boolean compareAndSetInt(Object o, long offset,
int expected,
int x);
}
总结
Unsafe方法中的compareAndSetInt方法想办法拿到变量value在内存中的地址。然后通过C++代码实现原子性比较和替换。
缺点
ABA问题
可以添加版本号解决。
自旋时间过长
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