JAVA并发锁(二) - 重入锁公平性分析

2024-02-22 09:08

本文主要是介绍JAVA并发锁(二) - 重入锁公平性分析,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!

ReentrantLock 原理分析

CAS与Unsafe

Unsafe

该类在 sun.misc.Unsafe 中,是一个final类型的类,是不可继承类,同时类中大部分操作都是native方法,调用本地方法来进行硬件操作。几个常见的方法:

// 获取类变量在内存中的偏移地址
public native long staticFieldOffset(Field var1);
// 获取实例变量在内存中的偏移地址
public native long objectFieldOffset(Field var1);
// 获取数组的第一个元素的偏移地址
public native int arrayBaseOffset(Class<?> var1);
// 获取数组中元素的增量地址
public native int arrayIndexScale(Class<?> var1);
// 原子操作比较交换对象的值
public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5);
// 原子操作比较交换Integer类型的值
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
// 原子操作比较交换Long类型的值
public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);

CAS[compare and swap], 比较和交换。

在java中整个并发操作都依赖于CAS,CAS在java.util.concurrent[J.U.C]中地位很高,很多并发操作都由CAS来实现。它是一种无锁算法,在不适用锁的情况下,实现多线程之间变量的共享,乐观锁的实现的一种。

CAS有三个操作数:
1.内存值V
2.需要进行比较的值A,(可理解为在没有其它线程操作时从内存中获取到的值)
3.需要更新的值B

CAS比较交换原则:当且仅当A与V的值相等,才会进行更新操作(将B值写入到内存中),否则会一直循环,进行比较,直到A与V值相等后退出。比较+更新 是一个原则操作。
AtomicInteger 类:

public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {private static final long serialVersionUID = 6214790243416807050L;// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updatesprivate static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();// cas中需要比较的值A在内存中的偏移位置private static final long valueOffset;static {try {valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }}// cas中需要比较的值A,采用volatile 修饰,表示线程间可见。private volatile int value;...
}

AtomicInteger 类中的 final int addAndGet(int delta) ,更新 Integer值的原子操作:

public final int addAndGet(int delta) {return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, delta) + delta;
}
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {int var5;do {var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));return var5;
}

e.g.
声明:以下 T1,T2,T3 时刻是指线程之间的上下文切换时刻。

假设有三个线程Thread1,Thread2,Thread3, 开始时AtomicInteger 中的value值为3,也就是A=3, V=3。
T1时刻,三个线程都没有作任何更新操作,只有Thread1作读操作。
T2时刻,Thread2需要作更新操作,需要更新的值B=4。整个原子操作过程,首先会将A值与内存V值进行比较,发现A=V,那么接下来会将B值写入到内存中,即V=4,那么此时期望比较的值A也等于4。
T3时刻,Thread1也需要进行更新操作,但是发现期望值A!=内存值V,那么不会进行更新操作,此时Thread1会循环进行比较,直到A=V时,将值B写入到内存中,或者经过一段时间返回false。
T4时刻,Thread3进行读操作,不做任何处理,直接将内存值V返回即可。

整个操作过程如下图所示:
在这里插入图片描述

CAS 问题

  • ABA问题
    一个线程在更新之前会进行比较,这没有任何问题,但是在比较之前,如果其它线程将内存值从原来的V=3变成V=4,再变成V=3,那么在需要更新操作的线程中,比较A与V值时,发现没有任何变化,即A==V,那么需要更新的线程会误以为没有更新过,会直接将数据B写入到内存中,但是在内存中确实V值进行过更新。

可通过对内存值V进行版本标记的方式解决。

  • 可能造成无限循环,耗时耗内存
    在比较A与V时,如果A与V一直不相等,那么cas会无限循环的去比较,直到A==V时,才会退出cas,进行线程的其它操作。造成长时间的消耗内存。

这篇关于JAVA并发锁(二) - 重入锁公平性分析的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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