文档章节

AtomicInteger源码分析——基于CAS的乐观锁实现

霖vv
 霖vv
发布于 2016/09/05 12:18
字数 1611
阅读 5
收藏 0

AtomicInteger源码分析——基于CAS的乐观锁实现

1. 悲观锁与乐观锁

        我们都知道,cpu是时分复用的,也就是把cpu的时间片,分配给不同的thread/process轮流执行,时间片与时间片之间,需要进行cpu切换,也就是会发生进程的切换。切换涉及到清空寄存器,缓存数据。然后重新加载新的thread所需数据。当一个线程被挂起时,加入到阻塞队列,在一定的时间或条件下,在通过notify(),notifyAll()唤醒回来。在某个资源不可用的时候,就将cpu让出,把当前等待线程切换为阻塞状态。等到资源(比如一个共享数据)可用了,那么就将线程唤醒,让他进入runnable状态等待cpu调度。这就是典型的悲观锁的实现。独占锁是一种悲观锁,synchronized就是一种独占锁,它假设最坏的情况,并且只有在确保其它线程不会造成干扰的情况下执行,会导致其它所有需要锁的线程挂起,等待持有锁的线程释放锁。

        但是,由于在进程挂起和恢复执行过程中存在着很大的开销。当一个线程正在等待锁时,它不能做任何事,所以悲观锁有很大的缺点。举个例子,如果一个线程需要某个资源,但是这个资源的占用时间很短,当线程第一次抢占这个资源时,可能这个资源被占用,如果此时挂起这个线程,可能立刻就发现资源可用,然后又需要花费很长的时间重新抢占锁,时间代价就会非常的高。

        所以就有了乐观锁的概念,他的核心思路就是,每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作,如果因为冲突失败就重试,直到成功为止。在上面的例子中,某个线程可以不让出cpu,而是一直while循环,如果失败就重试,直到成功为止。所以,当数据争用不严重时,乐观锁效果更好。比如CAS就是一种乐观锁思想的应用。

2.   java中CAS的实现

        CAS就是Compare and Swap的意思,比较并操作。很多的cpu直接支持CAS指令。CAS是项乐观锁技术,当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时,只有其中一个线程能更新变量的值,而其它线程都失败,失败的线程并不会被挂起,而是被告知这次竞争中失败,并可以再次尝试。CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。

          JDK1.5中引入了底层的支持,在int、long和对象的引用等类型上都公开了CAS的操作,并且JVM把它们编译为底层硬件提供的最有效的方法,在运行CAS的平台上,运行时把它们编译为相应的机器指令。在java.util.concurrent.atomic包下面的所有的原子变量类型中,比如AtomicInteger,都使用了这些底层的JVM支持为数字类型的引用类型提供一种高效的CAS操作。

            在CAS操作中,会出现ABA问题。就是如果V的值先由A变成B,再由B变成A,那么仍然认为是发生了变化,并需要重新执行算法中的步骤。有简单的解决方案:不是更新某个引用的值,而是更新两个值,包括一个引用和一个版本号,即使这个值由A变为B,然后为变为A,版本号也是不同的。AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference支持在两个变量上执行原子的条件更新。AtomicStampedReference更新一个“对象-引用”二元组,通过在引用上加上“版本号”,从而避免ABA问题,AtomicMarkableReference将更新一个“对象引用-布尔值”的二元组。

3.  AtomicInteger的实现。

         AtomicInteger 是一个支持原子操作的 Integer 类,就是保证对AtomicInteger类型变量的增加和减少操作是原子性的,不会出现多个线程下的数据不一致问题。如果不使用 AtomicInteger,要实现一个按顺序获取的 ID,就必须在每次获取时进行加锁操作,以避免出现并发时获取到同样的 ID 的现象。

 

  接下来通过源代码来看AtomicInteger具体是如何实现的原子操作。

首先看incrementAndGet() 方法,下面是具体的代码。

 

public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }


 

 

     通过源码,可以知道,这个方法的做法为先获取到当前的 value 属性值,然后将 value 加 1,赋值给一个局部的 next 变量,然而,这两步都是非线程安全的,但是内部有一个死循环,不断去做compareAndSet操作,直到成功为止,也就是修改的根本在compareAndSet方法里面,compareAndSet()方法的代码如下:

 

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }


 

 

compareAndSet()方法调用的compareAndSwapInt()方法的声明如下,是一个native方法。

   publicfinal native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, intvar5);

   compareAndSet 传入的为执行方法时获取到的 value 属性值,next 为加 1 后的值, compareAndSet所做的为调用 Sun 的 UnSafe 的 compareAndSwapInt 方法来完成,此方法为 native 方法,compareAndSwapInt 基于的是CPU 的 CAS指令来实现的。所以基于 CAS 的操作可认为是无阻塞的,一个线程的失败或挂起不会引起其它线程也失败或挂起。并且由于 CAS 操作是 CPU 原语,所以性能比较好。

         类似的,还有decrementAndGet()方法。它和incrementAndGet()的区别是将 value 减 1,赋值给next 变量。

         AtomicInteger中还有getAndIncrement() 和getAndDecrement() 方法,他们的实现原理和上面的两个方法完全相同,区别是返回值不同,前两个方法返回的是改变之后的值,即next。而这两个方法返回的是改变之前的值,即current。还有很多的其他方法,就不列举了。

本文转载自:

霖vv

霖vv

粉丝 25
博文 165
码字总数 97397
作品 0
朝阳
程序员
私信 提问
java中的乐观锁的研究总结

前段时间有人问我java中的乐观锁和悲观锁的问题,我被问愣神了,乐观锁和悲观锁我到是听说过,在数据库里面应用极广,但是java里面就好像没有听说过,后来我详细去看了下《java编程思想》,的...

双月通天
2016/06/06
1K
1
无锁的同步策略——CAS操作详解

1. 从乐观锁和悲观锁谈起 乐观锁和悲观锁是两种不同的解决并发问题的策略。悲观锁策略假定任何一次并发都会发生冲突,所以总是采用最严格的方式来进行并发控制。java中的独占锁(synchronized...

takumiCX
2018/07/14
0
0
Java并发编程-无锁CAS与Unsafe类及其并发包Atomic

出自【zejian的博客】 在前面一篇博文中,我们曾经详谈过有锁并发的典型代表synchronized关键字,通过该关键字可以控制并发执行过程中有且只有一个线程可以访问共享资源,其原理是通过当前线...

芝麻绿豆
2017/08/07
452
0
AtomicInteger源码解析

此文已由作者赵计刚授权网易云社区发布。 欢迎访问网易云社区,了解更多网易技术产品运营经验。 1、原子类 可以实现一些原子操作 基于CAS 下面就以AtomicInteger为例。 2、AtomicInteger 在没...

网易云
2018/12/18
0
0
源码|并发一枝花之ConcurrentLinkedQueue【伪】

首先声明,本文是伪源码分析。主要是基于状态机自己实现一个简化的并发队列,有助于读者掌握并发程序设计的核心——状态机;最后对源码实现略有提及。 ConcurrentLinkedQueue不支持阻塞,没有...

猴子007
2017/10/30
0
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

干货 | 解读MySQL 8.0新特性:Skip Scan Range

MySQL从8.0.13版本开始支持一种新的range scan方式,称为Loose Skip Scan。该特性由Facebook贡献。我们知道在之前的版本中,如果要使用到索引进行扫描,条件必须满足索引前缀列,比如索引idx...

迷你芊宝宝
28分钟前
1
0
观点 | 云原生时代来袭 下一代云数据库技术将走向何方?

全面云化的时代已经到来,面对一系列的新技术和挑战,数据库市场将面临怎样的变革?作为云服务提供商,如何帮助更多的企业级用户把握“云”潮,提供最高效、最具价值的数据库解决方案? 日前...

zhaowei121
37分钟前
1
0
ReentrantLock是如何基于AQS实现的

ReentrantLock是一个可重入的互斥锁,基于AQS实现,它具有与使用 synchronized 方法和语句相同的一些基本行为和语义,但功能更强大。 lock和unlock ReentrantLock 中进行同步操作都是从lock方...

java菜分享
37分钟前
1
0
比特币钱包开发【C#】

在这个教程中,我们将使用C#来开发一个比特币钱包,我们使用NBitcoin这个库。教程中的代码实现了比特币的存储、接收和支付功能,可以很容易地移植到其他应用中。 如果要快速掌握在C#程序中N...

汇智网教程
38分钟前
1
0
centos7.4编译安装nginx

1、安装准备环境 yum install gcc gcc-c++ automake pcre pcre-devel zlip zlib-devel openssl openssl-devel pcre* 下载pcre wget https://jaist.dl.sourceforge.net/project/pcre/pcre/8.......

Marhal
39分钟前
0
0

没有更多内容

加载失败,请刷新页面

加载更多

返回顶部
顶部