【多线程】CAS的应用 | CAS的概念 | 实现原子类 | 实现自旋锁

2024-04-22 04:04

本文主要是介绍【多线程】CAS的应用 | CAS的概念 | 实现原子类 | 实现自旋锁,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!

文章目录

    • 一、CAS
          • 1.什么是CAS
          • 2.实现原子类
          • 3.实现自旋锁


一、CAS

1.什么是CAS

Compare and swap 比较并交换。

比较交换的是 内存 和 寄存器

比如此时有一个内存 : M。 还有两个寄存器A,B

​ CAS ( M , A , B ) :如果M和A的值相同的话,就把M和B的值进行交换(交换的目的是为了把B赋值给M,M = B),同时整个操作返回 true。如果M和A的值不同的话,无事发生,同时整个操作返回false。

//伪代码:
boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {if (&address == expectedValue) {&address = swapValue;return true;}return false;
}
  • CAS其实是一个CPU指令,一个CPU指令,就可以完成上述比较交换的逻辑。
  • 单个的CPU指令是原子的。所以可以使用CAS来完成一些操作来代替“加锁”。为编写线程安全的代码提供了线的思路,基于CAS实现线程安全的方式,也叫“无锁编程”。

优点:保证线程安全,同时避免发生阻塞。

缺点:代码可读性差,并且只能适用在特定场景,不如加锁普适。

​ CAS本质上是CPU提供的指令,被操作系统封装后,提供成为APi。又再次被JVM进行封装,提供成API,最终由程序员调用方法实现操作。

2.实现原子类

之前int count++的操作,就不是原子的(load,add,save)

在Java标准库中,提供了原子类,例如AtomicInteger,基于CAS的方式对int进行封装,++就封装成原子操作了。

    public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);//对int进行原子化包装//0作为构造方法的参数public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread t1 = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 50000; i++) {count.getAndIncrement();//count++; 后置++
//                count.incrementAndGet();//++count  前置++
//                count.getAndDecrement();//count--; 后置--;
//                count.decrementAndGet();//--count 前置--}});Thread t2 = new Thread(()->{for (int i = 0; i < 50000; i++) {count.getAndIncrement();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println(count);}

在Java中,有些操作是偏底层的操作,在使用时有着更多的注意事项,稍有不慎就容易写出问题。这些操作就同一放在unsafe这个类中

在这里插入图片描述

//伪代码
class AtomicInteger {private int value;//相当于内存public int getAndIncrement() {int oldValue = value;//oldValue相当于寄存器    while ( CAS(value, oldValue, oldValue+1) != true) {//CAS(内存,寄存器A,寄存器B)oldValue = value;}return oldValue;}
}

寄存器A先保存当前内存的值,CAS来判断此时有没有被穿插执行。如果没有穿插执行,内存的值等于寄存器A的值,把寄存器B(B执行+1操作)的值赋值给内存,同时CAS返回的是true,循环不成立,返回是是自增前的值。

如果被穿插执行了,CAS中,内存的值不等于寄存器A的值,CAS直接返回false.此时循环成立,将被穿插执行过的内存值,重新赋值给寄存器A,也就是说要再读一遍内存。再次执行CAS。

线程不安全的本质是进行操作的过程中,穿插执行。

1.加锁是通过阻塞的方式,避免穿插。

2.CAS是通过重试的方式,避免穿插。如果值和之前不相等了,重新更新一下,在进行操作。

3.实现自旋锁
//伪代码:
public class SpinLock {private Thread owner = null;//记录当前这个锁被哪个线程获取到。 null表示未加锁public void lock(){//加锁// 通过 CAS 看当前锁是否被某个线程持有. // 如果这个锁已经被别的线程持有, 那么就自旋等待. // 如果这个锁没有被别的线程持有, 那么就把 owner 设为当前尝试加锁的线程. while(!CAS(this.owner, null, Thread.currentThread())){}}public void unlock (){//解锁this.owner = null;}
}
  • while循环中,CAS判断当前owner是不是未加锁状态。如果是未加锁的,就把owner赋值成 Thread.currentThread())(调用lock方法的线程引用)进行加锁。如果已经被加锁了,CAS返回false,取反之后,while就会反复执行。一旦其他线程释放了这个锁,owner变成null时,因为while不停循环,就会立即拿到当前这把锁。

缺点:while循环在忙等的过程中,不断消耗CPU资源。如果加锁的概率不大,付出的CPU资源就是值得的。如果当前的锁冲突很激烈,可能会拿不到,此时自旋锁就不适用了。

点击移步博客主页,欢迎光临~

偷cyk的图

这篇关于【多线程】CAS的应用 | CAS的概念 | 实现原子类 | 实现自旋锁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!



http://www.chinasem.cn/article/924780

相关文章

Redis中Stream详解及应用小结

《Redis中Stream详解及应用小结》RedisStreams是Redis5.0引入的新功能,提供了一种类似于传统消息队列的机制,但具有更高的灵活性和可扩展性,本文给大家介绍Redis中Strea... 目录1. Redis Stream 概述2. Redis Stream 的基本操作2.1. XADD

Spring StateMachine实现状态机使用示例详解

《SpringStateMachine实现状态机使用示例详解》本文介绍SpringStateMachine实现状态机的步骤,包括依赖导入、枚举定义、状态转移规则配置、上下文管理及服务调用示例,重点解... 目录什么是状态机使用示例什么是状态机状态机是计算机科学中的​​核心建模工具​​,用于描述对象在其生命

Spring Boot 结合 WxJava 实现文章上传微信公众号草稿箱与群发

《SpringBoot结合WxJava实现文章上传微信公众号草稿箱与群发》本文将详细介绍如何使用SpringBoot框架结合WxJava开发工具包,实现文章上传到微信公众号草稿箱以及群发功能,... 目录一、项目环境准备1.1 开发环境1.2 微信公众号准备二、Spring Boot 项目搭建2.1 创建

IntelliJ IDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤

《IntelliJIDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤》本文主要介绍了IntelliJIDEA2025创建SpringBoot项目的实现步骤,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家... 目录一、创建 Spring Boot 项目1. 新建项目2. 基础配置3. 选择依赖4. 生成项目5.

JSONArray在Java中的应用操作实例

《JSONArray在Java中的应用操作实例》JSONArray是org.json库用于处理JSON数组的类,可将Java对象(Map/List)转换为JSON格式,提供增删改查等操作,适用于前后端... 目录1. jsONArray定义与功能1.1 JSONArray概念阐释1.1.1 什么是JSONA

nginx -t、nginx -s stop 和 nginx -s reload 命令的详细解析(结合应用场景)

《nginx-t、nginx-sstop和nginx-sreload命令的详细解析(结合应用场景)》本文解析Nginx的-t、-sstop、-sreload命令,分别用于配置语法检... 以下是关于 nginx -t、nginx -s stop 和 nginx -s reload 命令的详细解析,结合实际应

Linux下删除乱码文件和目录的实现方式

《Linux下删除乱码文件和目录的实现方式》:本文主要介绍Linux下删除乱码文件和目录的实现方式,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助,如有错误或未考虑完全的地方,望不吝赐教... 目录linux下删除乱码文件和目录方法1方法2总结Linux下删除乱码文件和目录方法1使用ls -i命令找到文件或目录

SpringBoot+EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出

《SpringBoot+EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出》这篇文章主要为大家详细介绍了SpringBoot如何结果EasyExcel实现自定义复杂样式导入导出功能,文中的示例代码讲解详细,... 目录安装处理自定义导出复杂场景1、列不固定,动态列2、动态下拉3、自定义锁定行/列,添加密码4、合并

mybatis执行insert返回id实现详解

《mybatis执行insert返回id实现详解》MyBatis插入操作默认返回受影响行数,需通过useGeneratedKeys+keyProperty或selectKey获取主键ID,确保主键为自... 目录 两种方式获取自增 ID:1. ​​useGeneratedKeys+keyProperty(推

Spring Boot集成Druid实现数据源管理与监控的详细步骤

《SpringBoot集成Druid实现数据源管理与监控的详细步骤》本文介绍如何在SpringBoot项目中集成Druid数据库连接池,包括环境搭建、Maven依赖配置、SpringBoot配置文件... 目录1. 引言1.1 环境准备1.2 Druid介绍2. 配置Druid连接池3. 查看Druid监控