java高并发系列 - 第21天:java中的CAS操作,java并发的基石 (2)

如果我们发现第3步返回的是false,我们就再次去获取count,将count赋值给A,对A+1赋值给B,然后再将A、B的值带入到上面的过程中执行,直到上面的结果返回true为止。

我们用代码来实现,如下:

package com.itsoku.chat20; import java.util.concurrent.CountDownLatch; import java.util.concurrent.TimeUnit; /** * 跟着阿里p7学并发,微信公众号:javacode2018 */ public class Demo3 { //访问次数 volatile static int count = 0; //模拟访问一次 public static void request() throws InterruptedException { //模拟耗时5毫秒 TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(5); int expectCount; do { expectCount = getCount(); } while (!compareAndSwap(expectCount, expectCount + 1)); } /** * 获取count当前的值 * * @return */ public static int getCount() { return count; } /** * @param expectCount 期望count的值 * @param newCount 需要给count赋的新值 * @return */ public static synchronized boolean compareAndSwap(int expectCount, int newCount) { //判断count当前值是否和期望的expectCount一样,如果一样将newCount赋值给count if (getCount() == expectCount) { count = newCount; return true; } return false; } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { long starTime = System.currentTimeMillis(); int threadSize = 100; CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadSize); for (int i = 0; i < threadSize; i++) { Thread thread = new Thread(() -> { try { for (int j = 0; j < 10; j++) { request(); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } finally { countDownLatch.countDown(); } }); thread.start(); } countDownLatch.await(); long endTime = System.currentTimeMillis(); System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ",耗时:" + (endTime - starTime) + ",count=" + count); } }

输出:

main,耗时:116,count=1000

代码中用了volatile关键字修饰了count,可以保证count在多线程情况下的可见性。关于volatile关键字的使用,也是非常非常重要的,前面有讲过,不太了解的朋友可以去看一下:

咱们再看一下代码,compareAndSwap方法,我们给起个简称吧叫CAS,这个方法有什么作用呢?这个方法使用synchronized修饰了,能保证此方法是线程安全的,多线程情况下此方法是串行执行的。方法由两个参数,expectCount:表示期望的值,newCount:表示要给count设置的新值。方法内部通过getCount()获取count当前的值,然后与期望的值expectCount比较,如果期望的值和count当前的值一致,则将新值newCount赋值给count。

再看一下request()方法,方法中有个do-while循环,循环内部获取count当前值赋值给了expectCount,循环结束的条件是compareAndSwap返回true,也就是说如果compareAndSwap如果不成功,循环再次获取count的最新值,然后+1,再次调用compareAndSwap方法,直到compareAndSwap返回成功为止。

代码中相当于将count++拆分开了,只对最后一步加锁了,减少了锁的范围,此代码的性能是不是比方式2快不少,还能保证结果的正确性。大家是不是感觉这个compareAndSwap方法挺好的,这东西确实很好,java中已经给我们提供了CAS的操作,功能非常强大,我们继续向下看。

CAS

CAS,compare and swap的缩写,中文翻译成比较并交换。

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置(V)、预期原值(A)和新值(B)。 如果内存位置的值与预期原值相匹配,那么处理器会自动将该位置值更新为新值 。否则,处理器不做任何操作。无论哪种情况,它都会在 CAS 指令之前返回该 位置的值。(在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功,而不提取当前 值。)CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A;如果包含该值,则将 B 放到这个位置;否则,不要更改该位置,只告诉我这个位置现在的值即可。”

通常将 CAS 用于同步的方式是从地址 V 读取值 A,执行多步计算来获得新 值 B,然后使用 CAS 将 V 的值从 A 改为 B。如果 V 处的值尚未同时更改,则 CAS 操作成功。

系统底层进行CAS操作的时候,会判断当前系统是否为多核系统,如果是就给总线加锁,只有一个线程会对总线加锁成功,加锁成功之后会执行cas操作,加锁不成功的会立即返回false。

java中提供了对CAS操作的支持,具体在sun.misc.Unsafe类中,声明如下:

public final native boolean compareAndSwapObject(Object var1, long var2, Object var4, Object var5); public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); public final native boolean compareAndSwapLong(Object var1, long var2, long var4, long var6);

上面三个方法都是类似的,主要对4个参数做一下说明。

var1:表示要操作的对象

var2:表示要操作对象中属性地址的偏移量

var4:表示需要修改数据的期望的值

var5:表示需要修改为的新值

JUC包中大部分功能都是依靠CAS操作完成的,所以这块也是非常重要的,有关Unsafe类,下篇文章会具体讲解。

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