CAS

joy968 發(fā)布于2019-08-15 15:46 / 2625人閱讀

摘要：與同步方式在多線程情況下，可以采用同步阻塞悲觀鎖或樂(lè)觀鎖的方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)，具體要看業(yè)務(wù)場(chǎng)景，如果重試的代價(jià)很小，那用是合適的，但如果每次重試都需要花費(fèi)大量的時(shí)間或資源，那應(yīng)該采用同步方式。

CAS介紹

CAS - Compare And Swap (Compare And Set, Check And Set)

wikipedia的描述如下：

比較并交換(compare and swap, CAS)，是原子操作的一種，可用于在多線程編程中實(shí)現(xiàn)不被打斷的數(shù)據(jù)交換操作，從而避免多線程同時(shí)改寫(xiě)某一數(shù)據(jù)時(shí)由于執(zhí)行順序不確定性以及中斷的不可預(yù)知性產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。 該操作通過(guò)將內(nèi)存中的值與指定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)數(shù)值一樣時(shí)將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)替換為新的值。

Java在sun.misc.Unsafe類庫(kù)里面的CAS實(shí)現(xiàn)。

以下源碼摘自java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer。

/**
 * Atomically sets synchronization state to the given updated
 * value if the current state value equals the expected value.
 * This operation has memory semantics of a {@code volatile} read
 * and write.
 *
 * @param expect the expected value
 * @param update the new value
 * @return {@code true} if successful. False return indicates that the actual
 *         value was not equal to the expected value.
 */
protected final boolean compareAndSetState(int expect, int update) {
    // See below for intrinsics setup to support this
    //this: 當(dāng)前對(duì)象
    //stateOffSet: 偏移量，聲明在下面已貼出
    //expect: 期待值
    //update: 更新值
    //如果stateOffSet的值與expect相等，則將stateOffset的值更新為update；并返回true。
    //否則不更新，并返回false。
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expect, update);
}
    
    ......
    
private static final long stateOffset;

static {
    try {
        stateOffset = unsafe.objectFieldOffset
            (AbstractQueuedSynchronizer.class.getDeclaredField("state"));
        
            ......

    } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}

CAS與同步方式

在多線程情況下，可以采用同步阻塞（悲觀鎖）或CAS（樂(lè)觀鎖）的方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)，具體要看業(yè)務(wù)場(chǎng)景，如果重試的代價(jià)很小，那用CAS是合適的，但如果每次重試都需要花費(fèi)大量的時(shí)間或資源，那應(yīng)該采用同步方式。

以下是2種方式的簡(jiǎn)單舉例：

class MyLock {

    private boolean locked = false;

    public synchronized boolean lock() {
        if(!locked) {
            locked = true;
            return true;
        }
        return false;
    }
}

public static class MyLock {
    private AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false);

    public boolean lock() {
        return locked.compareAndSet(false, true);
    }

}

CAS缺點(diǎn) - ABA問(wèn)題

進(jìn)程P1讀取了一個(gè)數(shù)值A(chǔ)
P1被掛起(時(shí)間片耗盡、中斷等)，進(jìn)程P2開(kāi)始執(zhí)行
P2修改數(shù)值A(chǔ)為數(shù)值B，然后又修改回A
P1被喚醒，比較后發(fā)現(xiàn)數(shù)值A(chǔ)沒(méi)有變化，程序繼續(xù)執(zhí)行。

解決思路：在每次更新的同時(shí)附上版本號(hào)，如：1A -> 2B -> 3A。JDK1.5開(kāi)始新增的java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference就是一種實(shí)現(xiàn)方式。

Redis中的CAS

Redis可以使用WATCH來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)事務(wù)中鍵（可以是多個(gè)鍵）的監(jiān)視，如果至少有一個(gè)鍵在EXEC執(zhí)行前被改動(dòng)，那么整個(gè)事務(wù)都會(huì)被取消， EXEC返回nil-reply來(lái)表示事務(wù)已經(jīng)失敗。

具體參見(jiàn)：Redis - 事務(wù)（transactions）