JDK併發包溫故知新系列（四）—— CAS原理與JDK8的優化

什麼是CAS

CAS-CompareAndSet，是JDK原子變量類AtomicInteger、AtomicLong、AtomicInteger、AtomicBoolean、AtomicReference等實現的基礎，例如對於一個共享變量int，就算是簡單的自增操做也不是原子性的，多線程同時自增，可能會致使變量的值比預期結果小。可是可使用AtomicInteger的incrementAndGet() 方法操做變量，這樣結果和預期值同樣。跟傳統的加鎖不一樣，getAndDecrement()方法並無給代碼加鎖。代碼相似於：

public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }
}

底層經過sun.misc.Unsafe的本地方法compareAndSwapInt實現，這個方法是原子的。

與synchronized的對比

• 樂觀鎖與悲觀鎖的區別
• 性能對比

synchronized是阻塞的，CAS更新是非阻塞的，只是會重試，不會有線程上下文切換開銷，對於大部分比較簡單的操做，不管是在低併發仍是高併發狀況下，這種樂觀非阻塞方式的性能都要遠高於悲觀阻塞式方式。

應用場景

• 用來實現樂觀非阻塞算法，確保當前線程方法體內使用的共享變量不被其餘線程改變，CAS普遍運用在非阻塞容器中。
• 用來實現悲觀阻塞式算法，其用在了顯式鎖的原理實現，如可重入計數中，調用lock()方法時將經過CAS方法將其設爲1，調用unlock則設爲遞減1。若是同時多個線程調用Lock方法那麼必然會致使原子修改不成功，保證了鎖的機制，排他性。

可能存在的問題

• ABA問題，普通的CAS操做並非原子的，由於有可能另外一個線程改了值可是又改回了值，那麼樂觀鎖的方式是不能保證原子性的，若業務須要規避這種狀況那麼可使用AtomicStampedReference的compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp)方法，只有值和時間戳都相等的時候才進行原子更新，每次更新都把當前時間修改進原子變量。

JDK8的優化

JAVA8新增了LongAdder、DoubleAdder對原子變量進行進一步優化，主要是利用了分段CAS的機制，若是不用LongAdder，用AtomicLong的話，在高併發狀況下，會產生一直自旋，致使效率不高。他將一個數分紅若干個數，CompareAndSet方法的參數只是比較的這若干個數中的一個數，從而下降了自旋的機率，提升了效率。