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Java中的CAS和ABA问题说明

1.CAS

1)CAS概念

CAS时Compare And Swap缩写,即比较与交换是用于实现多线程同步的原子指令,它将内存位置的内容与给定值相比较,相同则修改内存位置的值为新值,而整个操作是调用的UnSafe的compareAndSwapObject、compareAndSwapInt或者compareAndSwapLong完成的,而这些方法都是native修饰的本地方法,是一种系统原语系统支持的操作。

2)CAS产生的影响(无锁执行)

CAS是一种无锁对象的原子操作,锁分为乐观锁和悲观锁,乐观派抱着几乎不会发生修改同一资源的状态,任意操作同意对象资源,如果遇到修改同一资源的情况,资源不会修改成功,能够保证资源的安全,而悲观派会认为同一资源被错误修改后会造成不可挽回的局面,故自能有一个线程修改资源,这样总会对系统性能产生一定的影响,拖慢自行速度,CAS即无锁执行者,被CAS修饰过的资源可以同时被多个线程修改依然能保证系统安全,无锁不需要等待提高系统性能,jdk提供的CAS原理实现的并发类Automic系列运用及其原理介绍。

3)Automic并发类CAS原理代码分析

首先介绍java的指针操作类UnSafe,Unsafe类是在sun.misc包下,不属于Java标准。但是很多Java的基础类库,包括一些被广泛使用的高性能开发库都是基于Unsafe类开发的,因为UnSafe使Java像C语言一样使其拥有操作内存指针的能力,因为操作内存指针容易出错,故起名UnSafe不安全的类,因此Java官方并不建议使用的,但CAS原理就是UnSafe类中的compareAndSwapObject、compareAndSwapInt和compareAndSwapLong方法实现的,该方法需传入四个参数:第一个参数代表给定的对象,第二个参数代表给定对象再内存中的偏移量,第三个参数标识对象的期望值,第四个参数标识要修改的值,并发保重的Automic系列的原子操作类都是使用UnSafe类实现的。

UnSafe源码如下:

举例AtomicInteger源码实现原理:

AutomicInteger中的getAndSet实现原理解析:

4)CAS导致的ABA问题

操作对象,获取对象后,执行CAS操作前,被其他线程修改后,且又修改为原来的对象值,导致CAS忽略其他线程的修改,成功执行CAS对象修改,这种情况就叫做ABA问题。

下图所示:

解决办法:

AtomicStampedReference类提供了解决办法,在对象之中又添加了stamp时间戳属性避免其他线程修改了多次并变回修改前的value值,但对比stamp不同便可知道对象是被修改过的,只有提供属性值和stamp时间戳相等才能成功执行CAS修改操作,里面包裹了一个键值对对象AtomicStampedReference.Pair<V> pair类型,pair中值为属性值,value为stamp时间戳,在执行CAS操作时需要提供原值的value和时间戳都相等的情况才能成功执行CAS操作。

AtomicMarkableReference类提供了解决办法,在对象之中又添加了stamp时间戳属性避免其他线程修改了多次并变回修改前的value值,但对比stamp不同便可知道对象是被修改过的,只有提供属性值和boolean类型的mark标记相等才能成功执行CAS修改操作,里面包裹了一个键值对对象AtomicMarkableReference.Pair<V> pair类型,pair中值为属性值,value为mark是否被修改的标记,在执行CAS操作时需要提供原值的value和mark标记都相等的情况才能成功执行CAS操作。

本文只介绍AtomicStampedReference类的源码分析,AtomicMarkableReference类同AtomicStampedReference类原理一样,

源码如下:

以上为个人经验,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持七叶笔记。

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