Java CAS操作与Unsafe实现多线程同步

"多线程训练营资料1.md" 在多线程编程中，CAS(Compare And Swap)是一种无锁同步机制，它允许原子性地更新一个变量，如果且仅如果其当前值与预期值相匹配。这个过程可以避免锁带来的开销，提高并发性能。在Java中，CAS操作是通过`java.util.concurrent.atomic`包中的原子类实现的，如`AtomicInteger`，以及在`sun.misc.Unsafe`类中的`compareAndSwapInt`方法。 CAS操作通常包含三个参数：`compareAndSet(current, expected, update)`，其中`current`是当前变量的值，`expected`是期望值，`update`是更新值。如果`current`等于`expected`，那么将`current`设置为`update`并返回`true`，表示更新成功；否则不做任何操作并返回`false`，表示更新失败。这种机制使得多个线程可以尝试修改同一个变量，但只有一个线程能够成功执行更新。 `incrementAndGet()`方法是`AtomicInteger`的一个例子，它通过不断地尝试增加变量的值，直到成功为止。在上述代码中，`incrementAndGet()`内部使用了一个无限循环，尝试获取当前值`current`，增加1得到`next`，然后使用CAS操作进行更新。如果当前值未被其他线程改变，更新会成功并返回新的值。如果当前值已被其他线程修改，那么循环会继续，直到更新成功。 `Unsafe`类在Java中提供了对底层内存的直接访问，包括原子操作，如`compareAndSwapInt`。这个方法是一个 native 方法，意味着它的实现是在本地代码（C或C++）中，它可以绕过Java内存模型的某些限制，提供更底层的控制。`compareAndSwapInt`接收四个参数：对象引用、内存偏移量、期望值和更新值。内存偏移量用于确定要操作的变量在对象内的位置。 在提供的代码片段中，展示了如何通过反射访问`Unsafe`实例，并使用它来直接操作类`T02_TestUnsafe`的`i`字段。这展示了`Unsafe`的灵活性，但同时也表明了使用`Unsafe`类可能带来的风险，因为它可以绕过一些安全检查和规范，可能导致数据一致性问题或内存错误。 CAS操作是Java中实现无锁并发的一种重要工具，它在高并发场景下可以提供比锁更好的性能。然而，过度依赖CAS可能导致自旋锁，即线程不断地重复尝试直到成功，这可能会消耗大量的CPU资源。为了避免ABA问题（当值从A变为B，然后再变回A，CAS可能会误认为没有变化），可以使用版本号或者如`AtomicStampedReference`这样的高级数据结构来追踪变量的状态。