Java并发编程之CAS第一篇-什么是CAS

  • 作者: 凯哥Java
  • 并发
  • 时间:2020-03-24 10:39
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简介 Java并发编程之CAS第一篇-什么是CAS通过前面几篇的学习,我们对并发编程两个高频知识点了解了其中的一个—volatitl。从这一篇文章开始,我们将要学习另一个知识点—CAS.本篇是《凯哥并发编程学习》系列之《CAS系列》教程的第一篇:什么是CAS。本文主要内容:生活中举例;CAS定义;CAS代码演示。一:生活中的例子在电影《智取威虎山》中,杨子荣进入威虎山的时候,土匪说:天王盖地虎,杨子荣对

Java并发编程之CAS第一篇-什么是CAS

通过前面几篇的学习,我们对并发编程两个高频知识点了解了其中的一个—volatitl。从这一篇文章开始,我们将要学习另一个知识点—CAS.本篇是《凯哥并发编程学习》系列之《CAS系列》教程的第一篇:什么是CAS。

本文主要内容:

生活中举例;CAS定义;CAS代码演示。

一:生活中的例子

在电影《智取威虎山》中,杨子荣进入威虎山的时候,土匪说:天王盖地虎,杨子荣对:宝塔镇河妖。类似这样的黑话,几个土匪和杨子荣对过之后,座山雕,三爷才发话:这么说,你是徐旅长的人了。相信电影中这段对黑话,大家都看过。有没有感觉很过瘾呢?那么问题来了,为什么几个人对过黑话之后,就能确定来者身份呢?因为在那个时候,占山为王,各个山头都有老大,但是又要和其他山头交流,不能用明话来说。于是大家就编了一些黑话。根据黑话不同,来确认对方的身份。

这个过程如果站在计算机多线程并发编程角度来理解的话,可以这么来理解。黑话库就是主内存中变量杨子荣和其他土F是不同的线程。,他们之间的黑话就是各自从主内存复制的变量副本。当T匪A(也就是线程A):天王盖地虎是自己的副本的数据,想要更新为:宝塔镇河妖。当杨子荣回答后,T匪A就拿着,天王盖地虎,宝塔镇河妖,这句话和黑话库(主内存)对比,对比上,则说明杨子荣说的对。允许接下来对话。如果这个不好理解的话,我们在举个例子。

修改登陆密码,这个大家都操作过吧。无论是各个APP还是各地网站都支持修改密码。那么修改密码的三要素是什么大家知道吗:数据库存储的原秘密;用户输入的原秘密;以及将要更新的密码。数据存储的原秘密(主内存),用户输入的原秘密(线程副本)。当数据库中存储的和用户输入的原密码对比相同的时候,才可以将原密码更新为新密码。否则就不能更新。

从上面两个例子我们可以看到,要想成功,需要三个变量:主内存变量值、线程自己工作区副本值以及要更新的数据值。如果有了上面三个概念,我们就来看看什么是CAS

二:什么是CAS

CAS定义:

CAS:Compare and Swap 三个字母的缩写。

是什么意思呢?Compare:比较 Swap:交换。所以CAS即为:比较并交换的意思。

需要注意:and 是并的意思。在逻辑运算中,并的意思:只有都成立了才可以执行下面操作。

那么在Java并发中为什么会大量的使用到CAS呢?

那是因为CAS是无锁的一种算法。为了解决多线程并行(并发)情况下使用锁的话,性能消耗的一种机制。

CAS操作流程:

CAS操作包含了三个操作数据。分别是:主内存数据值或主内存位置(V)、线程工作区副本更新前的数据值或者是预期值(A)以及要更新成的新值(B)。

操作流程:

线程M在更新的共享变量的时候,会拿着自己工作区变量副本A的值,假设是1,将要更新的值B。假设是2.去更新主内存共享变量V的时候,会先拿着V和A比较。如果V==A的时候,才会将主内存V的值换成B。否则就会重新获取主内存的值,进行自旋操作,知道成功位置。

简单理解:我(线程M,工作区值为A)认为主内存V中的共享变量值是(包含)A,如果 V的值是A,那么就将B替换V。如果不是,就不更新V的值,只要告诉我V的最新值。我自己自旋操作,自己玩。

三:CAS代码演示

我们知道在JUC下,有个原子包,就在atomic包下,我们用来演示CAS代码就用AtomicInteger这个类来演示。代码如下图:


问题:

在12和13行,运行后的结果是什么呢?


true 运行后。当前i的值为:2020

false 运行后。当前i的值为:2020

为什么会是这样呢?

运行结果分析

我们来分析:

在11行的时候,声明了变量i.并赋值为1(即V),然后第12行,拿着预期值1(即A),和将要更新的值2020(即B).进行CAS之后,因为1==1也就是V==A。这个中情况下,就会把2020重新赋值给V。所以,第12行输出的就是true和2020;

在第13行假设是线程2来访问。线程2自己工作空间变量副本依然是1,更行值是1024.这个时候进行CAS的时候,因为现在主内存V的值是2020,所以2020 != 1也就是V != A。这个时候,V的值不能被更新,所以第13行输出的是就是false和2020.

在看下面:


问题:第14行输出的是什么呢 ?

我们来看看运行结果:


为什么呢?大家可以尝试这去分析分析。(PS:提示,看看上文CAS定义和CAS操作流程来分析)。

在下一节中,凯哥(凯哥Java:kaigejava)将和大家唠唠CAS的原理。为什么,如果不加锁的话,volatile不能保证原子性,但是atomic包下的类就可以保证原子性呢?我们从AtomicInteger源码追根溯源吧。


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