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Java并发编程之CAS

风象南
 风象南
发布于 2016/06/06 10:27
字数 858
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CAS(Compare and swap)比较和替换是设计并发算法时用到的一种技术。简单来说,比较和替换是使用一个期望值和一个变量的当前值进行比较,如果当前变量的值与我们期望的 值相等,就使用一个新值替换当前变量的值。这听起来可能有一点复杂但是实际上你理解之后发现很简单,接下来,让我们跟深入的了解一下这项技术。

 

CAS的使用场景

在程序和算法中一个经常出现的模式就是“check and act”模式。先检查后操作模式发生在代码中首先检查一个变量的值,然后再基于这个值做一些操作。下面是一个简单的示例:

01 class MyLock {
02  
03     private boolean locked = false;
04  
05     public boolean lock() {
06         if(!locked) {
07             locked = true;
08             return true;
09         }
10         return false;
11     }
12 }

上面这段代码,如果用在多线程的程序会出现很多错误,不过现在请忘掉它。

如你所见,lock()方法首先检查locked>成员变量是否等于false,如果等于,就将locked设为true。

如果同个线程访问同一个MyLock实例,上面的lock()将不能保证正常工作。如果一个线程检查locked的值,然后将其设置为false, 与此同时,一个线程B也在检查locked的值,又或者,在线程A将locked的值设为false之前。因此,线程A和线程B可能都看到locked的 值为false,然后两者都基于这个信息做一些操作。

为了在一个多线程程序中良好的工作,”check then act” 操作必须是原子的。原子就是说”check“操作和”act“被当做一个原子代码块执行。不存在多个线程同时执行原子块。

下面是一个代码示例,把之前的lock()方法用synchronized关键字重构成一个原子块。

查看源代码

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01 class MyLock {
02  
03     private boolean locked = false;
04  
05     public synchronized boolean lock() {
06         if(!locked) {
07             locked = true;
08             return true;
09         }
10         return false;
11     }
12 }

现在lock()方法是同步的,所以,在某一时刻只能有一个线程在同一个MyLock实例上执行它。

原子的lock方法实际上是一个”compare and swap“的例子。

CAS用作原子操作

现在CPU内部已经执行原子的CAS操作。Java5以来,你可以使用java.util.concurrent.atomic包中的一些原子类来使用CPU中的这些功能。

下面是一个使用AtomicBoolean类实现lock()方法的例子:

1 public static class MyLock {
2     private AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false);
3  
4     public boolean lock() {
5         return locked.compareAndSet(false, true);
6     }
7  
8 }

locked变量不再是boolean类型而是AtomicBoolean。这个类中有一个compareAndSet()方法,它使用一个期望值 和AtomicBoolean实例的值比较,和两者相等,则使用一个新值替换原来的值。在这个例子中,它比较locked的值和false,如果 locked的值为false,则把修改为true。
如果值被替换了,compareAndSet()返回true,否则,返回false。

使用Java5+提供的CAS特性而不是使用自己实现的的好处是Java5+中内置的CAS特性可以让你利用底层的你的程序所运行机器的CPU的CAS特性。这会使还有CAS的代码运行更快。

本文转载自:http://ifeve.com/compare-and-swap/

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