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摘要：前言學(xué)習(xí)情況記錄時(shí)間子目標(biāo)多線程記錄在學(xué)習(xí)線程安全知識(shí)點(diǎn)中，關(guān)于的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)。對(duì)于資源競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重線程沖突嚴(yán)重的情況，自旋的概率會(huì)比較大，從而浪費(fèi)更多的資源，效率低于。
前言
學(xué)習(xí)情況記錄
時(shí)間：week 1
SMART子目標(biāo) ：Java 多線程
記錄在學(xué)習(xí)線程安全知識(shí)點(diǎn)中，關(guān)于CAS的有關(guān)知識(shí)點(diǎn)。
線程安全是指：多個(gè)線程不管以何種方式訪問(wèn)某個(gè)類，并且在主調(diào)代碼中不需要進(jìn)行同步，都能表現(xiàn)正確的行為。
常見的線程安全實(shí)現(xiàn)方法分為不可變對(duì)象、線程互斥同步、非阻塞同步、線程本地存儲(chǔ)等方案，本文要講的就是非阻塞同步中的核心CAS.
非阻塞同步從處理問(wèn)題的方式上說(shuō)，互斥同步屬于一種悲觀的并發(fā)策略。
隨著硬件指令集的發(fā)展，我們可以采用基于沖突檢查的樂(lè)觀并發(fā)策略，通俗地說(shuō)，就是先行操作，如果沒(méi)有其他線程爭(zhēng)用共享數(shù)據(jù)，那操作就成功了；如果共享數(shù)據(jù)有爭(zhēng)用，產(chǎn)生了沖突，那就再采取其他的補(bǔ)償措施（最常見的補(bǔ)償措施就是不斷地重試，直到成功為止），這種樂(lè)觀的并發(fā)策略的許多實(shí)現(xiàn)偶讀不需要把線程掛起，因此這種同步操作稱為非阻塞同步。
CAS樂(lè)觀鎖需要操作和沖突檢測(cè)這兩個(gè)步驟具備原子性，這里就不能再使用互斥同步來(lái)保證了，只能靠硬件來(lái)完成。硬件支持的原子性操作最典型的是：比較并交換（Compare-and-Swap，CAS）。CAS 指令需要有 3 個(gè)操作數(shù)，分別是內(nèi)存地址 V、舊的預(yù)期值 A 和新值 B。當(dāng)執(zhí)行操作時(shí)，只有當(dāng) V 的值等于 A，才將 V 的值更新為 B。
各種Atomic開頭的原子類，內(nèi)部都應(yīng)用到了CAS。就拿AtomicInteger為例。
J.U.C 包里面的原子類 AtomicInteger 的方法調(diào)用了 Unsafe 類的 CAS 操作。
看看AtomicInteger對(duì)象一次自增，CAS起了什么作用，以下代碼是 incrementAndGet() 的源碼，可以看到內(nèi)部調(diào)用了 Unsafe 對(duì)象的 getAndAddInt() 。
以下代碼是 getAndAddInt()源碼，var1 指示對(duì)象內(nèi)存地址，var2指示該字段相對(duì)對(duì)象內(nèi)存地址的偏移，var4 指示操作需要加的數(shù)值，這里為 1。通過(guò) getIntVolatile(var1, var2) 得到舊的預(yù)期值，通過(guò)調(diào)用 compareAndSwapInt() 來(lái)進(jìn)行 CAS 比較，如果該字段內(nèi)存地址中的值等于 var5，那么就更新內(nèi)存地址為 var1+var2 的變量為 var5+var4。
compareAndSwapInt（var1, var2, var5, var5 + var4 其實(shí)換成compareAndSwapInt（obj, offset, expect, update）比較清楚，意思就是如果obj內(nèi)的value和expect相等，就證明沒(méi)有其他線程改變過(guò)這個(gè)變量，那么就更新它為update，如果這一步的CAS沒(méi)有成功，那就采用自旋的方式繼續(xù)進(jìn)行CAS操作，取出乍一看這也是兩個(gè)步驟了啊，其實(shí)在JNI里是借助于一個(gè)CPU指令完成的。所以還是原子操作。
CAS 的問(wèn)題
ABA問(wèn)題
描述：如果一個(gè)變量初次讀取的時(shí)候是 A 值，它的值被改成了 B，后來(lái)又被改回為 A，那 CAS 操作就會(huì)誤認(rèn)為它從來(lái)沒(méi)有被改變過(guò)。
解決方案：J.U.C 包提供了一個(gè)帶有標(biāo)記的原子引用類 AtomicStampedReference 來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，它可以通過(guò)控制變量值的版本來(lái)保證 CAS 的正確性。大部分情況下 ABA 問(wèn)題不會(huì)影響程序并發(fā)的正確性，如果真的需要解決 ABA 問(wèn)題，改用傳統(tǒng)的互斥同步可能會(huì)比原子類更高效。
循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)開銷大
自旋CAS（也就是不成功就一直循環(huán)執(zhí)行直到成功）如果長(zhǎng)時(shí)間不成功，會(huì)給CPU帶來(lái)比較大的執(zhí)行開銷。
只能保證一個(gè)共享變量的原子操作
CAS 只對(duì)單個(gè)共享變量有效，當(dāng)操作涉及跨多個(gè)共享變量時(shí)CAS 無(wú)效。但是從 JDK 1.5開始，提供了AtomicReference類來(lái)保證引用對(duì)象之間的原子性，你可以把多個(gè)變量放在一個(gè)對(duì)象里來(lái)進(jìn)行 CAS 操作.所以我們可以使用鎖或者利用AtomicReference類把多個(gè)共享變量合并成一個(gè)共享變量來(lái)操作。
CAS與synchronized的使用情景簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)CAS適用于寫比較少的情況下（多讀場(chǎng)景，沖突一般較少）
synchronized適用于寫比較多的情況下（多寫場(chǎng)景，沖突一般較多）
對(duì)于資源競(jìng)爭(zhēng)較少（線程沖突較輕）的情況，使用synchronized同步鎖進(jìn)行線程阻塞和喚醒切換以及用戶態(tài)內(nèi)核態(tài)間的切換操作額外浪費(fèi)消耗cpu資源；而CAS基于硬件實(shí)現(xiàn)，不需要進(jìn)入內(nèi)核，不需要切換線程，操作自旋幾率較少，因此可以獲得更高的性能。
對(duì)于資源競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重（線程沖突嚴(yán)重）的情況，CAS自旋的概率會(huì)比較大，從而浪費(fèi)更多的CPU資源，效率低于synchronized。
CAS 的應(yīng)用使用 CAS 原子指令來(lái)處理對(duì)數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問(wèn)，這是非阻塞算法得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。關(guān)于非阻塞算法是屬于J.U.C中并發(fā)容器部分的知識(shí)，屬于比較難的內(nèi)容。目前先引用幾篇文章。作為記錄，之后有機(jī)會(huì)再詳細(xì)學(xué)習(xí)。
非阻塞算法在并發(fā)容器中的實(shí)現(xiàn)
非阻塞同步算法實(shí)戰(zhàn)（一）
非阻塞同步算法實(shí)戰(zhàn)（二）－BoundlessCyclicBarrier
非阻塞同步算法實(shí)戰(zhàn)（三）－LatestResultsProvider
參考《深入理解Java虛擬機(jī)》
https://www.ibm.com/developer...
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