深入了解java之CAS詳解

本篇文章為大家帶來了關於java的相關問題，其中主要介紹了關於CAS的相關問題，CAS(compare and swap)，比較並交換，可以解決多線程並行情況下使用鎖造成性能損耗的機制，希望對大家有幫助。

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#CAS解釋：

CAS(compare and swap),比較並交換。可以解決多執行緒並行情況下使用鎖造成效能損耗的一種機制.CAS 運算包含三個運算元—記憶體位置（V）、預期原值（A）和新值(B)。如果記憶體位置的值與預期原值相匹配，那麼處理器會自動將該位置值更新為新值。否則，處理器不做任何操作。一個執行緒從主記憶體得到num值，並對num進行操作，寫入值的時候，執行緒會把第一次取到的num值和主記憶體中num值進行比較，如果相等，就會改變後的num寫入主內存，如果不相等，則一直循環對比，知道成功為止。

CAS產生：

在修飾共享變數的時候經常使用volatile關鍵字，但是volatile值有可見性和禁止指令重拍（有序性），無法保證原子性。雖然在單線程中沒有問題，但是多線程就會出現各種問題，造成現場不安全的現象。所以jdk1.5後產生了CAS利用CPU原語（不可分割，連續不中斷）保證現場操作原子性。

CAS應用：

在JDK1.5 中新增java.util.concurrent(JUC)就是建立在CAS之上的。相對於synchronized這種鎖定機制，CAS是非阻塞演算法的常見實作。所以JUC在性能上有了很大的提升。

例如AtomicInteger類，AtomicInteger是執行緒安全的，下面是原始碼

##進入unsafe看到#do while自循環，這裡的自循環，就是在 判斷預期原值 如果與原來的值不符合，會再循環取原值，再走CAS流程，直到能夠把新值賦值成功。

CAS優點

cas是一種樂觀鎖的思想，而且是一種非阻塞的輕量級的樂觀鎖，非阻塞式是指一個執行緒的失敗或者掛起不應該影響其他執行緒的失敗或掛起的演算法。

CAS 缺點

循環時間長開銷大，佔用CPU資源。如果自旋鎖長時間不成功，會為CPU帶來很大的開銷。如果JVM能支援處理器提供的pause指令那麼效率會有一定的提升，pause指令有兩個作用，第一它可以延遲管線執行指令（de-pipeline）,使CPU不會消耗過多的執行資源，延遲的時間取決於實作的版本，在某些處理器上延遲時間是零。第二它可以避免在退出循環的時候因記憶體順序衝突（memory order violation）而引起CPU管線被清空（CPU pipeline flush），從而提高CPU的執行效率。
1. 只能保證一個共享變數的原子操作。當對一個共享變數執行操作時，我們可以使用循環CAS的方式來保證原子操作，但是對多個共享變數操作時，循環CAS就無法保證操作的原子性，這個時候就可以用鎖，或者有一個取巧的辦法，就是把多個共享變數合併成一個共享變數來操作。例如有兩個共享變數i＝2,j=a，合併一下ij=2a，然後用CAS來操作ij。從Java1.5開始JDK提供了AtomicReference類別來保證引用物件之間的原子性，你可以把多個變數放在一個物件裡來進行CAS運算。
2. ABA問題

      解決ABA問題（如果值考慮收尾，不考慮過程可以忽略改問題）

1. 新增版本號
2. AtomicStampedReference
   

     從Java1.5開始JDK的atomic包裡提供了一個類別AtomicStampedReference來解決ABA問題。這個類別的compareAndSet方法作用是先檢查當前引用是否等於預期引用，並且當前標誌是否等於預期標誌，如 全部相等，則以原子方式將該引用和該標誌的值設為給定的更新值。

CAS使用的時機

1. 線程數較少、等待時間短可以採用自旋鎖進行CAS嘗試拿鎖，較於synchronized有效率。
2. 線程數較大、等待時間長，不建議使用自旋鎖，佔用CPU較高

#推薦學習：《java學習教學》

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