一、CAS
1、CAS简介
- CAS（compare and swap），比较并交换。
- CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。
- 如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值。否则，处理器不做任何操作。
- 通过CAS可以实现原子操作
2、ABA问题
- 如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际变化了。
- ABA问题可以通过添加版本号来解决：1A-2B-3A。
3、乐观锁、悲观锁
- 乐观锁认为每次修改数据时不会有人同时修改数据。执行更新时判断在此期间是否有人修改了数据，如果数据发生变动则放弃此次更新，否则执行更新。
- 悲观锁认为每次修改数据时都会有人同时修改数据。执行更新时锁住数据，不允许其他人更新。
- CAS属于乐观锁，Synchronized属于悲观锁。
4、CAS效率
CAS效率
从图中可以看出：
在单核系统中，CAS省去了锁升级、抢锁等过程；
在多核系统中，传统加锁会导致只有一条线程在执行任务，而CAS则可以多线程同时执行任务，提升效率。
注意：如果线程竞争比较大，由于其他线程更新失败，CAS会一直重试，导致CPU一直执行重复任务，浪费CPU资源，此时使用锁可能是个更好的选择。
二、原子变量
基于CAS操作，Java提供了一套API，在java.util.concurrent.atomic包下。常用的如：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean等。原子变量是线程安全的。
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(1);
// 以AtomicInteger为例，i++可以写成如下代码
atomicInteger.incrementAndGet();
分析一下AtomicInteger源码：
public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
private static final sun.misc.Unsafe U = sun.misc.Unsafe.getUnsafe();
// volatile修饰
private volatile int value;
public final int incrementAndGet() {
return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1) + 1;
}
}
可以看到：
1、AtomicInteger中的value被volatile修饰，保证了可见性；
2、incrementAndGet通过Unsafe.getAndAddInt实现。
public class Unsafe {
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
do {
//重新获取var5的值
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
// 如果CAS更新失败，重复do中的代码
} while (!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
return var5;
}
// expected：期望值，update：目标值
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected,int update);
}
再看Unsafe的源码，getAndAddInt中，会通过CAS操作尝试更新，若更新失败，则会一直重试。
三、原子累加器
为了对多线程下大量自增操作进行优化，Java还提供了原子累加器：LongAdder。
原子累加器原理
伪共享问题
CPU为了效率，每次会将内存中的数据读取到高速缓冲区，高速缓冲区中的最小缓存单位是Cache Line，一般是64byte，一个long类型是8byte，因此一个缓存行可以存储8个long类型的变量。
于是可能出现如下问题：
1、我们想core1处理cell[0]的数据，core2处理cell[1]的数据；
2、由于读取了一行数据，导致core1、core2同时有cell[0]、cell[1]的数据；
3、因此当core1更新了cell[0]时，core2也需要从内存中重新读取数据，来保证数据的一致性。
当多线程修改互相独立的变量时，如果这些变量共享同一个缓存行，就会无意中影响彼此的性能，这就是伪共享。
解决方法：java8提供@sun.misc.Contended注解
// LongAdder中的Cell便是使用@sun.misc.Contended注解来解决伪共享问题
@sun.misc.Contended static final class Cell {}
伪共享
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