java的原子类到底是啥?ABA,CAS又是些什么?
阅读原文时间:2022年04月02日阅读:1

1)解决并发不是用锁就能解决吗,那SDK干嘛还要搞个原子类出来?

  • 锁虽然能解决,但是加锁解锁始终还是对性能是有影响的,并且使用不当可能会造成死锁之类的问题。

2)原子类是怎样使用的,比如说我要实现一个线程安全的累加器?

 public class Test {
   AtomicLong count =
     new AtomicLong(0); // 原子类变量count
   void add10K() {
     int idx = 0;
     while(idx++ < 10000) {
       count.getAndIncrement();// 原子操作
    }
  }
 }

3)原子类是无锁的,那他底层是靠什么来实现原子安全的?

  • 靠硬件。我们的CPU为了解决并发问题,提供了CAS指令,而CPU的指令本身就是原子性的。

4)什么是CAS呢?

  • compare and swap ,他主要就看3个参数,A是共享变量的内存地址,B是用于和原地址值比较的,C是我们要更新的值。

  • 其实就是把原来的共享变量的值取出一份来,然后你要更新的话,得对比一下,当前的值和我取出来保存的这份值是不是相同的,如果是相同的,那就可以修改,不同的话说明被别人修改过了,那你现在就不能更新。

     ​
     class SimulatedCAS{
       int count;
       synchronized int cas(
         int expect, int newValue){
         // 读目前count的值
         int curValue = count;
         // 比较目前count值是否==期望值
         if(curValue == expect){
           // 如果是,则更新count的值
           count = newValue;
        }
         // 返回写入前的值
         return curValue;
      }
     }

5)假如我当前的值和我取出来的那份值不一样了,那该怎么办?

  • CAS一般带有自旋,所谓自旋也就是循环的意思。当值不同了 ,那就从头来进行:取值来放着--->对比--->相同的话那就更新,不同就从头再来。

     ​
     class SimulatedCAS{
       volatile int count;
       // 实现count+=1
       addOne(){
         do {
           newValue = count+1; //①
        }while(count !=
           cas(count,newValue) //②
      }
       // 模拟实现CAS,仅用来帮助理解
       synchronized int cas(
         int expect, int newValue){
         // 读目前count的值
         int curValue = count;
         // 比较目前count值是否==期望值
         if(curValue == expect){
           // 如果是,则更新count的值
           count= newValue;
        }
         // 返回写入前的值
         return curValue;
      }
     }

  • 从上面代码我们也可以看出来,完全是没有加锁解锁的操作的,所以CAS这种无锁实现并发的操作性能很好。

6)我们说凡事都有两面性,CAS他就没任何的缺点吗?

  • 会存在ABA问题,比如之前我取出来了一份值是A,但是在我进行对比之前,其它线程悄悄滴过来 ,把我的共享变量修改为了B,然后又修改成了A。虽然看到的都是A,其实这是被修改过的了。

7)两个数值反正都是相同的,不影响我的更新,那我还在乎ABA干嘛?

  • 如果我们只是进行数值的原子递增之类的操作,那我们是不需要关心的。但是如果是对象呢,对象就比数值讲究多了,可能 A表面都是 一样的,但是属性是不一样的。

8)怎样解决ABA问题呢?

  • 在使用 CAS 方案的时候,一定要先 check 一下。

9)前面我们使用原子类 AtomicLong 的 getAndIncrement() 方法替代了count += 1,从而实现了线程安全。原子类 AtomicLong 的 getAndIncrement() 方法内部就是基于 CAS 实现的,那 Java 是如何使用 CAS 来实现原子化的count += 1的?

  • Java 1.8 版本中,getAndIncrement() 方法会转调 unsafe.getAndAddLong() 方法。这里 this 和 valueOffset 两个参数可以唯一确定共享变量的内存地址。

     final long getAndIncrement() {
       return unsafe.getAndAddLong(
         this, valueOffset, 1L);
     }

10)unsafe.getAndAddLong() 方法的底层源码实现是怎样的?

  • 该方法首先会在内存中读取共享变量的值

  • 之后循环调用 compareAndSwapLong() 方法来尝试设置共享变量的值,直到成功为止。

  • compareAndSwapLong() 是一个 native 方法,只有当内存中共享变量的值等于 expected 时,才会将共享变量的值更新为 x,并且返回 true;否则返回 fasle。

     ​
     public final long getAndAddLong(
       Object o, long offset, long delta){
       long v;
       do {
         // 读取内存中的值
         v = getLongVolatile(o, offset);
      } while (!compareAndSwapLong(
           o, offset, v, v + delta));
       return v;
     }
     //原子性地将变量更新为x
     //条件是内存中的值等于expected
     //更新成功则返回true
     native boolean compareAndSwapLong(
       Object o, long offset,
       long expected,
       long x);

11)SDK中提供了哪些原子类给我们使用?

使用提示:Java 提供的原子类能够解决一些简单的原子性问题,但是我们所有原子类的方法都是针对一个共享变量的,如果你需要解决多个变量的原子性问题,建议还是使用互斥锁方案。原子类虽好,但使用要非常小心。