CAS非左塞同步算法

在java併發編程裏要實現原子操做，你們都會想到同步（synchronize），這種同步會使線程左塞，在性能上不是很滿意。基於CAS(Compare And Set) 能夠實現非左塞同步算法。

何爲cas？

compare-and-swap (CAS) is an atomic instruction used in multithreading to achieve synchronization

簡單來講就是原子操做，系統支不支持CAS還要看cpu，如今幾乎全部的CPU指令都支持CAS的原子操做，X86下對應的是 CMPXCHG 彙編指令。cas指令須要三個操做數，非別是內存位置（V），舊值預期值（A）和新值。cas指令執行時，當且僅當V符合舊預期值A是，處理器用新的值B更新V的值，不然不執行更新。

jdk1.5爲咱們提供java.util.concurrent併發包，提供很方便的原子操做類，底層實現由sun.misc.Unsaft類裏的compareAndWapInt和compareAndLong等幾個方法封裝調用，注意sun.misc.Unsaft是非標準的java api 。

非阻塞的計數器

使用AtomicInteger的compareAndSet方法，很是簡單實現非左塞的計數器，代碼比用同步塊實現多線程的計數器簡單的多。

public class NonblockingCounter {
    private AtomicInteger value;
    public int getValue() {
        return value.get();
    }
    public int increment() {
        int v;
        do {
            v = value.get();
        while (!value.compareAndSet(v, v + 1));
        return v + 1;
    }
}

compareAndSet在一個死循環中，不斷嘗試將一個比當前值大1 賦值給本身，若是執行失敗，說明有其餘線程修改了值，只要從新循環執行一次操做，直到成功爲止。 

非阻塞的簡單鏈表

使用AtomicReference實現一個簡單的鏈表操做(add),整體類結構和普通的鏈表差很少。

public class ConcurrentLinked<E> {

	private AtomicReference<Node<E>> first = new AtomicReference<Node<E>>();

	public boolean add(E e) {
		

		Node<E> n = new Node<E>(e);

		while (first.get() == null && first.compareAndSet(null, n)) {
			return true;
		}

		for (;;) {
			Node<E> insertNode = findInsertionPlace();

			if (insertNode.next.compareAndSet(null, n)) {
				break;
			}
		}

		return true;
	}


	public E getLast() {
		Node<E> a = getFirstNode();

		if (a == null)
			return null;

		while (a.next.get() != null) { // 找插入位置
			a = a.next.get();
		}
		return a.item;
	}

	private Node<E> getFirstNode() {
		return this.first.get();
	}

	private Node<E> findInsertionPlace() {
		Node<E> a = getFirstNode();

		while (a.next.get() != null) { // 找插入位置
			a = a.next.get();
		}

		return a;
	}

	private static class Node<E> {

		E item;

		AtomicReference<Node<E>> next = new AtomicReference<Node<E>>();

		public Node(E item) {
			this.item = item;
		}
	}


}

cas看似很完美，可是不是全部的原子操做場景都適合，好比，多個變量同步原子更新。使用cas的地方，通常會把compareAndSet放到一個無限的循環中，在線程競爭比較激烈的狀況下，cpu消耗比較嚴重的。另外，cas自己有一個邏輯漏洞（俗稱"ABA"問題）。

參考資料

《java併發編程實踐》