Java CAS操作與Unsafe類詳解
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
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