JUC框架(CAS、ATOMIC、AQS)

2024-05-26 22:20
文章标签 框架 juc cas aqs atomic

本文主要是介绍JUC框架(CAS、ATOMIC、AQS),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

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文章目录

    • JUC之CAS
    • JUC之ATOMIC
    • JUC之AQS
      • AQS简介
      • AQS原理

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JUC之CAS

**CAS(compareAndSwap)**也叫比较交换,是一种无锁原子算法,其作用是让**CPU**将内存值更新为新值,但是有个条件,内存值必须与期望值相同,并且**CAS**操作无需用户态与内核态切换,直接在用户态对内存进行读写操作(意味着不会阻塞/线程上下文切换)


简单总结一下 : CAS的基本思路就是,如果这个地址上的值和期望的值相等,则给其赋予新值,否则不做任何事儿,但是要返回原值是多少。循环CAS就是在一个循环里不断的做cas操作,直到成功为止。
CAS虽然高效地解决了原子操作,但是还是存在一些缺陷的

  1. ABA问题
  • 因为CAS需要在操作值的时候,检查值有没有发生变化,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1,那么A→B→A就会变成1A→2B→3A。举个通俗点的例子,你倒了一杯水放桌子上,干了点别的事,然后同事把你水喝了又给你重新倒了一杯水,你回来看水还在,拿起来就喝,如果你不管水中间被人喝过,只关心水还在,这就是ABA问题。
  • 如果你是一个讲卫生讲文明的小伙子,不但关心水在不在,还要在你离开的时候水被人动过没有,因为你是程序员,所以就想起了放了张纸在旁边,写上初始值0,别人喝水前麻烦先做个累加才能喝水。
  1. 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。

  1. 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。

Jdk中CAS运用
整个AQS同步组件、Atomic原子类操作等等都是以CAS实现的,甚至ConcurrentHashMap在1.8的版本中也调整为了CAS+Synchronized。可以说CAS是整个JUC的基石。

JUC之ATOMIC

java.util.concurrent.atomic存放原子操作的类,这些类中提供了一些原子性操作的方法, 通过这些原子类可以避免线程安全问题的发生

虽然涉及到的类很多,但是原理和AtomicInteger都是一样,使用CAS进行的原子操作,其方法和使用都是大同小异的。

JUC之AQS

AQS简介

AQS 的全称为 AbstractQueuedSynchronizer ,翻译过来的意思就是抽象队列同步器。这个类在 java.util.concurrent.locks 包下面。
AQS 为构建锁和同步器提供了一些通用功能的是实现,因此,使用 AQS 能简单且高效地构造出应用广泛的大量的同步器,比如我们提到的 ReentrantLockSemaphore,其他的诸如 ReentrantReadWriteLockSynchronousQueueFutureTask(jdk1.7) 等等皆是基于 AQS 的。

AQS原理

AQS 核心思想是,如果被请求的共享资源空闲,则将当前请求资源的线程设置为有效的工作线程,并且将共享资源设置为锁定状态。如果被请求的共享资源被占用,那么就需要一套线程阻塞等待以及被唤醒时锁分配的机制,这个机制 AQS 是用 CLH 队列锁实现的,即将暂时获取不到锁的线程加入到队列中

AQS 定义两种资源共享方式 :
Exclusive(独占)
只有一个线程能执行,如 ReentrantLock。又可分为公平锁和非公平锁,ReentrantLock 同时支持两种锁,下面以 ReentrantLock 对这两种锁的定义做介绍:

  • 公平锁 :按照线程在队列中的排队顺序,先到者先拿到锁
  • 非公平锁 :当线程要获取锁时,先通过两次 CAS 操作去抢锁,如果没抢到,当前线程再加入到队列中等待唤醒。

**Share(共享): **
多个线程可同时执行,如 Semaphore/CountDownLatchSemaphoreCountDownLatchCyclicBarrierReadWriteLock
ReentrantReadWriteLock 可以看成是组合式,因为 ReentrantReadWriteLock 也就是读写锁允许多个线程同时对某一资源进行读

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http://www.chinasem.cn/article/1005757

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