Java中CAS原理分析(volatile和synchronized淺析)

CAS是什麼？

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CAS英文解釋是比較和交換，是cpu底層的源語，是解決共享變量原子性實現方案，它定義了三個變量，內存地址值對應V，期待值E和要修改的值U，以下圖所示，這些變量都是在高速緩存中的，若是兩個線程A，B分別經過cas方式同時修改共享變量，假設當A線程先獲取時間片，若是發現V的值和E相等就將主內存值更新爲U，若是不相等說明線程B在線程A更新以前已經成功更新過，線程A會失敗重試，此時根據緩存一致性協議，線程A的本地副本會失效，須要從主內存再同步最新的變量到本地內存副本，在Java中經過調用UnSafe的compareAndSet相似方式調用，底層是c，反編譯後操做系統指令是cmpxchg指令。

保證i++原子性

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你必定會有一個疑問，被volatile修飾的變量i，i++爲何會有線程安全問題呢，也就是原子性的問題，咱們仍是舉一個經典的i++案例一步步分析吧！咱們知道在多線程狀況下volatile保證了共享變量的可見性，順序行，但惟獨不能保證原子性，緣由是i++是一個複合操做，大體能夠分紅3步，1.先從主內存拿到最新的i值，2.將i加1這個操做保存到操做數棧，3.從棧中取出i加1的值寫回到主內存。OK，當線程AB同時執行i++操做時，好比線程A先獲取時間片，執行完第2步，這是線程A還未執行完，時間片分配給線程B，B順利執行完全部操做後並同步了主內存，假設咱們i的初始值是1，那麼此時主內存值是2，由於線程B執行完畢，cpu時間片又回到線程A手上，作第3步操做，此時同步到主內存的值仍是2，看，線程A，B各作了一次加1的操做，但最終結果多是2，cas的做用就來了，他能保證i++操做的原子性，爲何能保證原子性呢？cas能夠把上面三個操做合併成一個操做，是原子的。

有什麼好處？

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你們都知道解決多線程安全須要用到鎖的，能夠用synchronized來解決，可是synchronized也有它的劣勢，最主要是它是阻塞的，阻塞會有什麼問題？性能啊，這是計算機人不能忍的，頻繁內核外核切換，會嚴重浪費系統資源，因此就提了cas這個樂觀鎖概念，它是非阻塞的，操做系統不用在內核態與用戶態來回切換，至關於用while循環方式獲取鎖，在性能上有必定提高。即便這樣，也會有必定問題，下面咱們來看看。

有什麼問題？

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1.ABA問題。

這個案例比較簡單，線程A把共享變量i，從1變成2，再變成1，線程B想把i變成2，原本應該是不會成功，由於即時變量i如今是1，可是它的狀態變化了，他的解決方案是版本號。至關於修改爲功一次版本號增長1，就能夠解決了，曾經被面試官問到一個問題，cas是線程安全的嗎？答案不是線程安全的。

2.自旋時間過長。

若是一個線程拿到鎖後，一直不釋放，其餘線程就只能一直循環等待。

3.只能保證一個共享變量的原子性。

像Automic包下面的基本上都只能保證一個變量的原子性。

JUC包下面使用！

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可能有些童鞋看JDK源碼會比較糾結一個點，發現volatile關鍵字通常都會和cas連用，若是不要volatile會怎麼樣呢？cas自己只做用於方法，cas對共享變量沒有約束，若是不對共享變量作volatile修飾，是不可見的，不可以保證共享變量的實效性，須要等待共享變量主動同步到主內存，這是須要花時間的，效率更低下，全部在JUC併發包裏一直能夠看到這樣的volatile關鍵字通常都會和cas組合。

總結

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這篇文章，咱們先引出了cas概念，而且說明了它的優缺點，作了案例介紹，簡單的和synchronized關鍵字作了比較，最後，深刻的說明了volatile關鍵字和cas連用的效率，這是我在深刻思考後獲得的結論，分享給你們，文章有必定閱讀門檻，若是有想搞清楚童鞋，能夠1v1私聊討論交流。但願你們喜歡。點贊哦！

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