Java中CAS的工作原理是什么

本篇文章給大家分享的是有關Java中CAS的工作原理是什么，小編覺得挺實用的，因此分享給大家學習，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說，跟著小編一起來看看吧。

2.1 何為CAS？

• 1、CAS,compare and swap的縮寫，顧名思義，比較再交換，即 “讀取-修改-寫操作” 三個步驟為一體原子操作；

• 2、CAS操作包含三個參數：內存位置(V)、預期值(A)、新值(B)； 如果內存位置的值V與預期值A相匹配，那么處理器會自動將該位置值更新為新值B，否則不更新；

2.2 CAS原理

• 1、CAS通過JNI方式調用底層操作系統的C代碼，從而借助底層C代碼來調用CPU底層操作指令來實現原子操作；

• 2、CAS是硬件CPU提供的原語，通過底層cmpxchg原語指令(多處理器再加上Lock指令)實現原子操作；

2.3 CAS核心源碼

1、CAS核心源碼：

// Adding a lock prefix to an instruction on MP machine
// VC++ doesn't like the lock prefix to be on a single line
// so we can't insert a label after the lock prefix.
// By emitting a lock prefix, we can define a label after it.
#define LOCK_IF_MP(mp) __asm cmp mp, 0  \
                       __asm je L0      \
                       __asm _emit 0xF0 \
                       __asm L0:

inline jint     Atomic::cmpxchg    (jint     exchange_value, volatile jint*     dest, jint     compare_value) {
  // alternative for InterlockedCompareExchange
  int mp = os::is_MP();
  __asm {
    mov edx, dest
    mov ecx, exchange_value
    mov eax, compare_value
    LOCK_IF_MP(mp) // 如果是多處理器的話，則需要添加Lock前綴指令，Lock的方式和Volatile的實現方式雷同
    cmpxchg dword ptr [edx], ecx // 
  }
}

2、通過上述源碼可以發現該cmpxchg方法會自動判斷當前是否是多處理器，多處理器的話則添加lock前綴指令，反之省略lock前綴；

3、至于lock是怎么保證多處理器的一致性的話，原理和Volatile相似，可見Java技術專題-源碼分析系列（1）volatile工作原理分析雷同。

三、CAS缺點

3.1、ABA問題

• 1、并發操作時，容易引起ABA問題； 假設i初始值i=5，A線程做i++操作一次，B線程做i--操作一次，C線程通過判斷i=5時則對i進行更新新值；

• 2、這個時候C線程會認為i還是處于初始值，未被做過修改，但是殊不知AB線程已經都對i進行修改了一次；

• 3、為了解決這種線程，需要讓C知道i已經被修改過了，因此在Java1.5引進了一個AtomicStampedReference類來解決ABA問題；

• 4、AtomicStampedReference這個類主要是給變量追加了版本號信息，每次變量更新的話版本號都會自增加一；

• 5、但是有的人會認為AtomicMarkableReference也能解決ABA問題，其實不能根本解決只能在最大程度上降低ABA問題的出現；因為它是通過一個boolean來標記是否更改，本質就是只有true和false兩種版本來回切換，只能降低ABA問題發生的幾率，并不能阻止ABA問題的發生；

3.2、開銷大

1、隨便拿個CAS的Java層代碼：

public final int getAndSetInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var4));

        return var5;
    }

2、通過這段代碼發現，如果CAS操作一直不成功的話，那么該段代碼就一直在自旋操作，會給CPU帶來比較大的執行開銷；

3.3、原子操作約束

• 1、目前的CAS只能保證單個共享變量的原子操作；

• 2、但是對多個變量進行操作時，CAS無法保證，但是可以將多個變量封裝成一個新的對象，利用AtomicReference類來保證引用對象之間的原子性；

四、總結

• 1、我們可以在一些非常簡單的操作且又不想引入鎖的場景下采用CAS實現原子操作；

• 2、然而想要進行非阻塞的完成某些場景也可以考慮采用CAS進行原子操作；

• 3、但是不推薦在非常復雜的操作中引入CAS，一來會使程序可讀性變差，二來且難以測試且會出現ABA問題。

• 4、在并發量大且沖突場景非常多的情況，而且如果涉及到代碼塊或者多個變量的原子執行時候，建議不要考慮用CAS。

以上就是Java中CAS的工作原理是什么，小編相信有部分知識點可能是我們日常工作會見到或用到的。希望你能通過這篇文章學到更多知識。更多詳情敬請關注億速云行業資訊頻道。