JAVA并發程式設計學習筆記之CAS操作

cas操作

　　cas是單詞compare and set的縮寫，意思是指在set之前先比較該值有沒有變化，隻有在沒變的情況下才對其指派。

　　我們常常做這樣的操作

　　if(a==b) {

　　a++;

　　}

　　試想一下如果在做a++之前a的值被改變了怎麼辦？a++還執行嗎？出現該問題的原因是在多線程環境下，a的值處于一種不定的狀态。采用鎖可以解決此類問題，但cas也可以解決，而且可以不加鎖。

int expect = a;

if(a.compareandset(expect,a+1)) {

dosomething1();

} else {

dosomething2();

}

　　這樣如果a的值被改變了a++就不會被執行。

　　按照上面的寫法，a!=expect之後,a++就不會被執行，如果我們還是想執行a++操作怎麼辦，沒關系，可以采用while循環

while(true) {

int expect = a;

if (a.compareandset(expect, a + 1)) {

dosomething1();

return;

} else {

dosomething2();

}

}

　　采用上面的寫法，在沒有鎖的情況下實作了a++操作，這實際上是一種非阻塞算法。

　　應用

   java.util.concurrent.atomic包中幾乎大部分類都采用了cas操作，以atomicinteger為例，看看它幾個主要方法的實作：

public final int getandset(int newvalue) {

for (;;) {

int current = get();

if (compareandset(current, newvalue))

return current;

}

}

　　getandset方法jdk文檔中的解釋是：以原子方式設定為給定值，并傳回舊值。原子方式展現在何處，就展現在compareandset上，看看compareandset是如何實作的：

　　public final boolean compareandset(int expect, int update) {

　　return unsafe.compareandswapint(this, valueoffset, expect, update);

　　}

　　不出所料，它就是采用的unsafe類的cas操作完成的。

　　再來看看a++操作是如何實作的：

public final int getandincrement() {

for (;;) {

int current = get();

int next = current + 1;

if (compareandset(current, next))

return current;

}

}

　　幾乎和最開始的執行個體一模一樣，也是采用cas操作來實作自增操作的。

　　++a操作和a++操作類似，隻不過傳回結果不同罷了

public final int incrementandget() {

for (;;) {

int current = get();

int next = current + 1;

if (compareandset(current, next))

return next;

}

}

　　此外，java.util.concurrent.concurrentlinkedqueue類全是采用的非阻塞算法，裡面沒有使用任何鎖，全是基于cas操作實作的。cas操作可以說是java并發架構的基礎，整個架構的設計都是基于cas操作的。

　　缺點：

　　1、aba問題

　　cas操作容易導緻aba問題,也就是在做a++之間，a可能被多個線程修改過了，隻不過回到了最初的值，這時cas會認為a的值沒有變。a在外面逛了一圈回來，你能保證它沒有做任何壞事，不能！！也許它讨閑，把b的值減了一下，把c的值加了一下等等，更有甚者如果a是一個對象，這個對象有可能是新建立出來的，a是一個引用呢情況又如何，是以這裡面還是存在着很多問題的，解決aba問題的方法有很多，可以考慮增加一個修改計數，隻有修改計數不變的且a值不變的情況下才做a++，也可以考慮引入版本号，當版本号相同時才做a++操作等，這和事務原子性處理有點類似！

　　2、比較花費cpu資源，即使沒有任何争用也會做一些無用功。

　　3、會增加程式測試的複雜度，稍不注意就會出現問題。

　　總結：

　　可以用cas在無鎖的情況下實作原子操作，但要明确應用場合，非常簡單的操作且又不想引入鎖可以考慮使用cas操作，當想要非阻塞地完成某一操作也可以考慮cas。不推薦在複雜操作中引入cas，會使程式可讀性變差，且難以測試，同時會出現aba問題。

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