Java CAS操作與Unsafe類詳解

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一、復習

計算機內存模型，synchronized和volatile關鍵字簡介

二、兩者對比

sychronized和volatile都解決瞭內存可見性問題
不同點：
（1）前者是獨占鎖，並且存在者上下文切換的開銷以及線程重新調度的開銷；後者是非阻塞算法，不會造成上下文切換的開銷。
（2）前者可以保證操作的原子性，但是後者不能保證操作的原子性。

三、在什麼情況下才會使用volatile

  • 寫入變量是不依賴當前值的，如果是依賴當前值的話，由於獲取-計算-寫入,三者不是原子性操作，而volatile是保證原子性操作的。
  • 變量沒有加鎖的時候，如果變量加鎖瞭，是可以保證內存的可見性的因此不需要再使用volatile

四、Java中的原子性操作

  • 原子性操作通俗的來講就是一組操作，要麼都執行成功，要麼都執行失敗，不存在執行部分成功的情況
  • 使用synchronized關鍵字既可以保證操作的原子性又可以保證內存的可見性，volatile隻能保證內存的可見性，但是不能保證操作的原子性；synchronized固然好，但在高並發的情況下，由於它是一種獨占鎖，因此會引起性能低下的問題。

五、Java中的CAS操作

  • 定義:CAS(compare and swap)比較並交換，這是JDK提供的一種非阻塞算法，它通過硬件保證瞭比較-更新的原子性問題。JDK中的Unsafe類提供瞭一系列的compareAndSwap*方法，下面以compareAndSwapLong為例進行講解
  • boolean compare(Object obj,long offset,long expect,long update)
  • 先分別解釋一下各個參數，obj是一個對象的引用（也就是對象存儲的地址），offset是相對於前面地址的偏移量，expect是一個預想的值，update代表如果和預想的值一樣，那麼就是使用update這個值來代替，並且返回true，否則返回false
  • 這是處理器提供的一種原子性指令

六、ABA問題

  • 描述：線程1獲取變量x的值為A，然後嘗試修改為B，但是此時如果有另一個線程修改瞭x的值為B，同時又修改成瞭A，那麼線程2的這個A和線程1之前的A就不是同一個A瞭
  • 產生原因：環形依賴，變量的值從A到B，然後又從B到A，這樣隻能一個方向輪轉，如果是從A到B，然後從B到C就不會出現這種情況。
  • 解決方式：JDK中的AtomicStampedReferece給每個變量一個時間戳，從而避免瞭ABA問題

七、Unsafe類

在JDK中的rt.jar包中有許多方法都是native的，這是一種硬件級別的操作，使用JNI來調用C++底層函數來操作。

1.long objectFieldOffset(Field field)

釋義：獲取某個對象的中的某個域值所在對象的中的內存偏移量

try{
 long value = Unsafe.objectFieldOffset(AutomicLong.class.getDeclaredField("value"));
}catch(Exception e){
 e.printStackTrace();
}

2.int arrayBaseOffset(Class arrayClass)

釋義：獲取數組中的第一個元素地址

3.int arrayIndexOffset(Class arrayClass)

釋義：獲取數組中第一個元素的字節大小

4.boolean compareAndSwapLong(Object obj,long offset,long expect,long update)

可以見上文

八、源碼：

所在包：com.ruigege.OtherFoundationOfConcurrent2

https://github.com/ruigege66/ConcurrentJava

以上就是Java CAS操作與Unsafe類詳解的詳細內容，更多關於Java CAS操作與Unsafe類的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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