并发编程的基石——CAS机制

2021/12/31 9:08:52

本文主要是介绍并发编程的基石——CAS机制,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!

其实Java并发框架的基石一共有两块,一块是本文介绍的CAS,另一块就是AQS,后续也会写博客介绍。

什么是CAS机制

CAS机制是一种数据更新的方式。在具体讲什么是CAS机制之前,我们先来聊下在多线程环境下,对共享变量进行数据更新的两种模式:悲观锁模式和乐观锁模式。

悲观锁更新的方式认为:在更新数据的时候大概率会有其他线程去争夺共享资源,所以悲观锁的做法是:第一个获取资源的线程会将资源锁定起来,其他没争夺到资源的线程只能进入阻塞队列,等第一个获取资源的线程释放锁之后,这些线程才能有机会重新争夺资源。synchronized就是java中悲观锁的典型实现,synchronized使用起来非常简单方便,但是会使没争抢到资源的线程进入阻塞状态,线程在阻塞状态和Runnable状态之间切换效率较低(比较慢)。比如你的更新操作其实是非常快的,这种情况下你还用synchronized将其他线程都锁住了,线程从Blocked状态切换回Runnable华的时间可能比你的更新操作的时间还要长。

乐观锁更新方式认为:在更新数据的时候其他线程争抢这个共享变量的概率非常小,所以更新数据的时候不会对共享数据加锁。但是在正式更新数据之前会检查数据是否被其他线程改变过,如果未被其他线程改变过就将共享变量更新成最新值,如果发现共享变量已经被其他线程更新过了,就重试,直到成功为止。CAS机制就是乐观锁的典型实现。

CAS,是Compare and Swap的简称,在这个机制中有三个核心的参数:

  • 主内存中存放的共享变量的值:V(一般情况下这个V是内存的地址值,通过这个地址可以获得内存中的值)
  • 工作内存中共享变量的副本值,也叫预期值:A
  • 需要将共享变量更新到的最新值:B

 

 

如上图中,主存中保存V值,线程中要使用V值要先从主存中读取V值到线程的工作内存A中,然后计算后变成B值,最后再把B值写回到内存V值中。多个线程共用V值都是如此操作。CAS的核心是在将B值写入到V之前要比较A值和V值是否相同,如果不相同证明此时V值已经被其他线程改变,重新将V值赋给A,并重新计算得到B,如果相同,则将B值赋给V。

值得注意的是CAS机制中的这步步骤是原子性的(从指令层面提供的原子操作),所以CAS机制可以解决多线程并发编程对共享变量读写的原子性问题。

CAS机制优缺点

CAS的适用场景

读多写少:如果有大量的写操作,CPU开销可能会过大,因为冲突失败后会不断重试(自旋),这个过程中会消耗CPU
单个变量原子操作:CAS机制所保证的只是一个变量的原子操作,而不能保证整个代码块的原子性,比如需要保证三个变量共同进行原子性的更新,就不得不使用悲观锁了

 

优点

    • 可以保证变量操作的原子性;
    • 并发量不是很高的情况下,使用CAS机制比使用锁机制效率更高;
    • 在线程对共享资源占用时间较短的情况下,使用CAS机制效率也会较高。


这篇关于并发编程的基石——CAS机制的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对大家有所帮助,也希望大家多多支持为之网!


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