Java裏的CompareAndSet(CAS)

摘錄：http://www.blogjava.net/mstar/archive/2013/04/24/398351.html

CAS：Compare and Swap, 翻譯成比較並交換。

java.util.concurrent包中藉助CAS實現了區別於synchronouse同步鎖的一種樂觀鎖，使用這些類在多核CPU的機器上會有比較好的性能.

今天咱們主要是針對AtomicInteger的incrementAndGet作深刻分析。

2、JAVA實現部分

1. incrementAndGet的實現

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

循環的內容是

循環的內容是
1.取得當前值
2.計算+1後的值
3.若是當前值還有效(沒有被)的話設置那個+1後的值
4.若是設置沒成功(當前值已經無效了即被別的線程改過了), 再從1開始.

在這個方法中能夠看到compareAndSet這個方法，咱們進入看一下。

    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

調用UnSafe這個類的compareAndSwapInt

    /**
     * Atomically update Java variable to <tt>x</tt> if it is currently
     * holding <tt>expected</tt>.
     * @return <tt>true</tt> if successful
     */
    public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,
                                                  int expected,
                                                  int x);

直接調用的是UnSafe這個類的compareAndSwapInt方法
全稱是sun.misc.Unsafe. 這個類是Oracle(Sun)提供的實現. 能夠在別的公司的JDK裏就不是這個類了

3、JNI原生實現部分

4. compareAndSwapInt的native實現
若是你下載了OpenJDK的源代碼的話在hotspot\src\share\vm\prims\目錄下能夠找到unsafe.cpp

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
  UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
  oop p = JNIHandles::resolve(obj);
  jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
  return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
UNSAFE_END

能夠看到實際上調用Atomic類的cmpxchg方法.

5. Atomic的cmpxchg
這個類的實現是跟操做系統有關, 跟CPU架構也有關, 若是是windows下x86的架構
實如今hotspot\src\os_cpu\windows_x86\vm\目錄的atomic_windows_x86.inline.hpp文件裏

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)
    cmpxchg dword ptr [edx], ecx
  }
}

在這裏能夠看到是用嵌入的彙編實現的, 關鍵CPU指令是 cmpxchg到這裏無法再往下找代碼了. 也就是說CAS的原子性其實是CPU實現的. 其實在這一點上仍是有排他鎖的. 只是比起用synchronized, 這裏的排他時間要短的多. 因此在多線程狀況下性能會比較好.