原子操作CAS

原子

原子：Atomic，原子的，不可分隔的最小单位

Java基于阻塞的内置锁Synchronized的缺点

• 阻塞的线程无法设置优先级，导致高优先级的线程一直无法被执行
• 获取锁的线程一直不释放锁
• 同时有且只有一个线程能获取到锁，其他线程都得阻塞等待，导致性能低下
• 多个线程竞争锁，存在大量的竞争，消耗CPU资源，带来死锁或其他安全问题

CAS原子原理

CAS(Compare And Swap)：利用现代处理器的CAS指令保障原子操作(比较和交换两部为一个原子操作)
三个运算符：一个内存地址V，一个期望值A，一个新值B
基本思路：如果地址V上的值与期望值A相等，就给地址V赋新值B，如果不是，则什么都不操作，然后在自旋（死循环）里不断执行CAS操作

// 伪代码
for(;;) {
    int oldValue = get();
    boolean isSuccess = compareAndSet(oldValue, newValue);
    if (isSuccess) {
        break;
    }
}

CAS所带来的问题

• ABA问题（A -> B -> A）

线程1执行get()返回A值
在执行compareAndSet方法前，线程2执行了get()和compareAndSet()并成功将A值改成了B值
线程3执行了get()和compareAndSet()并成功将B值改成了A值
线程1执行compareAndSet()也会成功，但实际V地址上的值已被修改过

解决方案：添加版本号标识（A1 -> B2 -> A3）

添加一个版本号标识，在每次操作时版本号+1，判断时既要值相等，又要版本号相同，类似于数据库乐观锁

• 开销问题

长期执行不成功，不断循环重试，造成CPU开销

• 只能保障一个共享变量的原子操作

JDK中所带的原子操作类

• 基本类型：AtomicInteger、AtomicBoolean、AtomicLong
• 数组：AtomicIntegerArray、AtomicLongArray、AtomicReferenceArray
• 引用类型：AtomicReference、AtomicMarkableReference、AtomicStampedReference
• 原子更新字段类：AtomicReferenceFieldUpdater、AtomicIntegerFieldUpdater、AtomicLongFieldUpdater