摘要：算法算法會(huì)先對(duì)一個(gè)內(nèi)存變量位置和一個(gè)給定的值進(jìn)行比較，如果相等，則用一個(gè)新值去修改這個(gè)內(nèi)存變量位置。因?yàn)槭欠枪芥i，所以一上來(lái)就嘗試搶占鎖給定舊值并希望用新值去更新內(nèi)存變量。

本文翻譯和原創(chuàng)各占一半，所以還是厚顏無(wú)恥歸類(lèi)到原創(chuàng)好了...
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java 5 其中一個(gè)令人振奮的改進(jìn)是新增了支持原子操作的類(lèi)型，例如 AtomicInteger, AtomicLong 等。在多線程環(huán)境中進(jìn)行簡(jiǎn)單的自增自減操作時(shí)，這些原子類(lèi)能幫助你減少很多用于多線程同步的復(fù)雜代碼。這些原子類(lèi)依賴(lài)于 CAS (compare and swap) 算法，接下來(lái)我們會(huì)討論 CAS 這個(gè)概念。

傳統(tǒng)的鎖機(jī)制，例如 java 的 synchronized 關(guān)鍵字，他代表了 java 中悲觀鎖技術(shù)，保證了某一時(shí)刻僅有一個(gè)線程能訪問(wèn)同步代碼/方法。synchronized 能夠很好地工作，卻有著 (相對(duì)) 比較大的性能開(kāi)銷(xiāo)。
樂(lè)觀鎖 (相對(duì)悲觀鎖) 對(duì)性能會(huì)有很大的幫助。他的核心思想是：你寄希望于在沒(méi)有沖突的情況下完成一次更新操作，使用樂(lè)觀鎖技術(shù)更新時(shí)會(huì)進(jìn)行 “沖突檢測(cè)” 來(lái)判斷是否有其他的線程干擾，若是 (有其他線程干擾) 則視本次更新操作失敗，一般會(huì)進(jìn)行重試 (可以了解一下CAS自旋)。Compare and Swap 就是典型的樂(lè)觀鎖技術(shù)。

CAS 算法會(huì)先對(duì)一個(gè)內(nèi)存變量(位置) V 和一個(gè)給定的值進(jìn)行比較 A ，如果相等，則用一個(gè)新值 B 去修改這個(gè)內(nèi)存變量(位置)。上述過(guò)程會(huì)作為一個(gè)原子操作完成 (intel處理器通過(guò) cmpxchg 指令系列實(shí)現(xiàn))。CAS 原子性保證了新值的計(jì)算是基于上一個(gè)有效值，期間如果內(nèi)存變量(位置) V 被其他線程更新了，本線程的 CAS 更新操作將會(huì)失敗。CAS 操作必須告訴調(diào)用者成功與否，可以返回一個(gè) boolean 值來(lái)表示，或者返回一個(gè)從內(nèi)存變量讀到的值 (應(yīng)該是上一次有效值)

CAS 操作數(shù)有三個(gè)：

內(nèi)存變量(位置) V，表示被更新的變量

線程上一次讀到的舊值 A

用來(lái)覆蓋 V 的新值 B

CAS 表示：“我認(rèn)為現(xiàn)在 V 的值還是之前我讀到的舊值 A，若是則用新值 B 覆蓋內(nèi)存變量 V，否則不做任何動(dòng)作并告訴調(diào)用者操作失敗”。CAS 是一項(xiàng)樂(lè)觀鎖技術(shù)，他在更新的時(shí)候總是希望能成功 (沒(méi)有沖突)，但也能檢測(cè)出來(lái)自其他線程的沖突和干擾

這里我們關(guān)注一下ReentrantLock鎖定和解鎖那部分的源碼

//ReentrantLock.lock()
public void lock() {
    sync.lock();
}

他依賴(lài)了其內(nèi)部類(lèi)Sync的 lock()，以下是內(nèi)部類(lèi) Sync (繼承了隊(duì)列同步器 AQS)

abstract static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
    private static final long serialVersionUID = -5179523762034025860L;

    abstract void lock();
    ................

Sync還是個(gè)抽象類(lèi)，一般 new ReentrantLock() 時(shí)創(chuàng)建的是 NonfairSync

// ReentrantLock的構(gòu)造方法
public ReentrantLock() {
    sync = new NonfairSync();
}

下面就是NonfairSync的 lock() 方法了

final void lock() {
    if (compareAndSetState(0, 1)) // 1
        setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread()); // 2
    else
        acquire(1); // 3
}

1 中的 compareAndSetState() 承繼自隊(duì)列同步器 AQS，封裝了 CAS 指令。因?yàn)槭?NonfairSync 非公平鎖，所以一上來(lái)就嘗試搶占鎖：給定舊值 0 并希望用新值 1 去更新內(nèi)存變量 State。若更新成功則視為獲取鎖成功，并執(zhí)行 2

2 成功完成了 CAS 操作 (沒(méi)錯(cuò)，當(dāng)你使用 CAS 指令成功把 State 從 0 更新成 1 便視為獲取鎖，就是這么簡(jiǎn)單粗暴 ╮(╯▽╰)╭ )，把當(dāng)前線程設(shè)為獨(dú)占線程

3 操作失敗 (被人搶先獲取鎖(╯`□′)╯╧╧)，進(jìn)行 acquire 操作再次嘗試獲取鎖，若還是不行，則把當(dāng)前線程加入 AQS 等待隊(duì)列，由 AQS 來(lái)管理隊(duì)列中等待線程的阻塞和喚醒，具體代碼就不貼出來(lái)了，AQS 的源碼多處使用到 CAS 指令，有興趣的同學(xué)可以查看

鎖用完了要釋放，下面貼出 unlock() 方法

// ReentrantLock.unlock()
public void unlock() {
    sync.release(1);
}

這里還是依賴(lài)了 sync，release() 是 AQS 的通用方法，其內(nèi)部調(diào)用了 tryRelease() (由 Sync 類(lèi)實(shí)現(xiàn))，這里直接貼出 Sync 的 tryRelease()

protected final boolean tryRelease(int releases) { // releases 參數(shù)的值是上面?zhèn)鬟M(jìn)來(lái)的 1
    int c = getState() - releases; // 1
    if (Thread.currentThread() != getExclusiveOwnerThread()) // 1.5
        throw new IllegalMonitorStateException();
    boolean free = false;
    if (c == 0) { // 2
        free = true;
        setExclusiveOwnerThread(null);
    }
    setState(c); // 3
    return free;
}

1 處的c 是內(nèi)存變量 State 即將要被更新的值，因?yàn)?ReentrantLock 是可重入鎖 (當(dāng)前線程可多次獲取鎖)，所以 State 的值是可以大于 1 的。

2 判斷若新值為 0，則視為鎖被釋放并設(shè)置當(dāng)前獨(dú)占線程為 null

3 把 State 的值更新為 c，思考一下這里的更新操作為什么沒(méi)用到 CAS 指令？

1.5 解釋了上面的疑問(wèn)，只有當(dāng)前獨(dú)占線程有能力對(duì) State 變量進(jìn)行修改，不需要進(jìn)行同步或使用 CAS

AQS 隊(duì)列同步器以及 java.util.concurrent 下各種鎖和原子類(lèi)都運(yùn)用到的 CAS 算法，有時(shí)間的同學(xué)建議閱讀加深印象。