Java CAS: 原理、问题与实战
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更新于2024-08-08
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" 'JAVA CAS实现原理与使用'
在Java并发编程中,CAS(Compare and Swap,比较并交换)是一种无锁同步机制,它在JDK 5之后被引入,用以解决传统锁机制(如synchronized关键字)所带来的性能问题。CAS通过硬件层面的支持来实现高效的线程同步,避免了锁的开销,从而提升了多线程环境下的程序执行效率。
传统的锁机制,如synchronized,会在多个线程竞争同一资源时产生问题。首先,加锁和解锁过程会带来较多的上下文切换和调度延迟,影响性能。其次,一旦一个线程获得锁,其他所有需要该锁的线程都将被阻塞,直到锁被释放。此外,优先级倒置也可能发生,即高优先级的线程因等待低优先级线程释放锁而导致自身无法执行,这对系统性能构成潜在风险。
相比独占锁(例如synchronized),CAS是一种乐观锁策略。乐观锁假设在大多数情况下不会有并发冲突,因此它不会像独占锁那样在执行操作前尝试获取锁。相反,CAS尝试更新一个变量,如果在尝试更新时发现变量已经被其他线程修改,那么它就会失败并重新尝试,直到更新成功。
CAS操作通常包含三个参数:内存值V,旧的预期值A,以及要设置的新值B。只有当内存中的值V与预期值A相同时,才会将值更新为B,否则不做任何操作。这种原子性操作保证了在多线程环境下,即使有其他线程同时尝试修改同一变量,也不会破坏其一致性。
Java中的Atomic类,如AtomicInteger,就是基于CAS实现的。例如,AtomicInteger的incrementAndGet()方法用于原子地增加一个整数值。它通过不断地尝试将当前值与+1的结果进行CAS操作,直至成功。在这个过程中,如果发现值已被其他线程修改,那么会重试整个过程,而不会阻塞其他线程。
在AtomicInteger的incrementAndGet()方法中,首先获取当前值,然后计算出加一后的值,并尝试使用CAS将新值设置回。如果CAS操作失败(即内存值已改变),则循环执行此过程,直到成功为止。这种方法避免了锁的使用,但可能会导致自旋,即线程不断重复尝试直到成功,这在某些情况下可能会消耗CPU资源。
CAS提供了一种轻量级的同步机制,它通过硬件支持来确保无锁操作的原子性,从而在多线程环境中提高性能。虽然可能会导致自旋问题,但在大多数情况下,相比于传统的锁机制,它能更好地应对高并发场景。然而,对于长时间的自旋和大量线程的并发,CAS的性能优势可能会降低,此时可能需要考虑其他同步策略,比如锁或者其他的并发控制结构。"
2022-07-10 上传
2022-06-27 上传
2023-02-24 上传
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2023-09-04 上传
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