【Java EE初阶十】多线程进阶二（CAS等）-CFANZ编程社区

1. 关于CAS

CAS: 全称Compare and swap，字面意思:”比较并交换“，且比较交换的是寄存器和内存；

一个 CAS 涉及到以下操作：

1.1 CAS伪代码

下面写的代码是伪代码，该段代码不能被顺利的编译运行，但是可以用来辅助理解上述所说 CAS 的工作流程.

boolean CAS(address, expectValue, swapValue) {
 if (&address == expectedValue) {
   &address = swapValue;
        return true;
   }
    return false;
}

CAS其实是一个cpu指令（一条cpu指令就能满足上述比较交换的逻辑），说明单个cpu指令是原子的。故此可以使用CAS完成一些操作（给编写线程安全的代码，引入了新的思路并且不涉及线程阻塞），进一步代替“加锁”；

1.2 CAS 有哪些应用

1.2.1 实现原子类

Int++操作不是原子的（load，add，save），其中AtomicInteger，基于CAS的方式对int进行封装了，此时进行int++（基于cas指令来实现的）就是原子的操作了

结论：原子类里面是基于cas来实现的；下面是简化的代码：

class AtomicInteger {
    private int value;
    public int getAndIncrement() {
        int oldValue = value;
        while ( CAS(value, oldValue, oldValue+1) != true) {
            oldValue = value;
       }
        return oldValue;
   }
}

通过在多线程t1和t2的分析中了解cas的简单原理：

我们所说的“线程不安全”本质上是进行自增的过程中，被其他线程的自增行为穿插执行了；但是CAS是让这里的自增不要被穿插执行，其核心思路类似于加锁，但是加锁是通过阻塞的方式避免穿插，CAS则是通过重试的方式避免被穿插；

1.2.2 实现自旋锁

1.2.2 关于ABA问题

CAS进行操作的关键，是通过值“有没有发生变化”作为“有没有其他线程穿插执行的”判定依据，但是在一些的极端的情况下，我们的值本来是正常情况下的A的成为A->B->A，针对第一个要判断的线程来说，看起来由于值没有变二判定没有其他线程进行穿插执行，但是事实上我们已经存在线程穿插执行的问题了。

如下图所示，虽然使用cas语句进行判定的时候内存中和寄存器中的数值一样，但是我们不能确定内存中的值是始终没有发生变化还是发生变化之后被其他线程又成功改回来了；

2. JUC的相关类

JUC(java.util.concurrent)，且Concurrent：并发的意思，这个包里面的内容，主要就是一些多线程相关的组件；

2.1 Callable 接口

该接口也是一种创建线程的方式，适合于想让某个线程执行一个逻辑，并且返回结果的时候；相对而言，runnable不关注结果，代码举例如下：

下面图解主要是关于futuretask的讲解：

理解 Callable：

Callable 和 Runnable 相对, 都是描述一个 "任务". Callable 描述的是带有返回值的任务, Runnable 描述的是不带返回值的任务. Callable 通常需要搭配 FutureTask 来使用. FutureTask 用来保存 Callable 的返回结果. 因为 Callable 往往是在另一个线程中执行的, 啥时候执行完并不确定. FutureTask 就可以负责这个等待结果出来的工作

2.2 ReentrantLock

可重入互斥锁. 和 synchronized 定位类似, 都是用来实现互斥效果, 保证线程安全. ReentrantLock 也是可重入锁. "Reentrant" 这个单词的原意就是 "可重入"；

ReentrantLock lock = new ReentrantLock(); 
-----------------------------------------
lock.lock();   
try {    
 // working    
} finally {    
 lock.unlock()    
}

ReentrantLock相对于synchronized的优势：

1、ReentrantLock，在加锁的时候，有两种方式lock（加锁失败就会阻塞等待）和trylock（加锁失败就会放弃）；

2、ReentrantLock还通过了公平锁的实现（默认情况下是非公平锁）

3、ReentrantLock提供了更强大的等待通知机制，主要是搭配了condition类，实现等待通知的；

总的来说，我们在加锁的时候，首选synchronized（会有优化锁的策略），因为ReentrantLock使用起来更加复杂，尤其是容易忘记解锁；

2.3 信号量 Semaphore

Semaphore 信号量, 本质上就是一个计数器. 用来表示 "可用资源的个数".每次申请一个可用资源，就需要让计数器-1（p操作）；每次释放一个可用资源，就需要让计数器+1（v操作），操作系统，提供了信号量实现，同时操作系统也提供了api；jvm封装了这样的api，就可以在java代码中使用了；

理解信号量：

可以把信号量想象成是停车场的展示牌: 当前有车位 100 个. 表示有 100 个可用资源. 当有车开进去的时候, 就相当于申请一个可用资源, 可用车位就 -1 (这个称为信号量的 P 操作) 当有车开出来的时候, 就相当于释放一个可用资源, 可用车位就 +1 (这个称为信号量的 V 操作) 如果计数器的值已经为 0 了, 还尝试申请资源, 就会阻塞等待, 直到有其他线程释放资源.

Semaphore 的 PV 操作中的加减计数器操作都是原子的, 可以在多线程环境下直接使用.

关于semaphore的代码如下：

Semaphore semaphore = new Semaphore(4);
Runnable runnable = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        try {
            System.out.println("申请资源");
            semaphore.acquire();
            System.out.println("我获取到资源了");
            Thread.sleep(1000);
            System.out.println("我释放资源了");
            semaphore.release();
       } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
       }
   }
};
for (int i = 0; i < 20; i++) {
    Thread t = new Thread(runnable);
    t.start();
}