//获取更新值
int next = current + 1;
//执行CAS操作
if (compareAndSet(current, next)) {
//成功后才会返回期望值,否则无线循环
return next;
}
}
}
现在有线程 A、B
,当线程 A
执行到 CAS
操作, 获取当前值、期望值和更新值分别为 0、0、1
, 此时线程 A
被挂起,线程 B
进入执行 CAS
操作将变量值成功更新为 1
, 线程 A
继续执行 CAS
操作, 由于此时变量当前值已经被修改,所以本次 CAS
执行失败,循环继续执行 CAS
自增操作,执行成功退出循环。
CAS VS synchorinzed
通过上面的示例知道 CAS
可以保证变量更新的原子性,进而可以联想到 volatile
关键字的功能缺陷。
先来看 volatile
关键字的作用,如下:
- 有序性:防止重排序;
- 可见性:变量更新时所有线程都可以访问到变量的最新值;
- 原子性:只能保证单次读、写操作的原子性。
volatile
关键字的缺陷正是其无法保证变量操作的原子性,比如单目运算符 ++、--
就涉及到读写两个操作。所以经常可以看到 volatile
和 synchorinzed
关键字共用的场景以保证变量操作的原子性,而 CAS
也可以保证变量操作的原子性。那 CAS
是否可以替代 synchorinzed
呢?在某些情况下是可以的。
比如在上面的示例中,AtomicInteger().getAndIncrement()
的内部源码如下:
/**
- Atomically increments by one the current value.
- @return the previous value
*/
public final int getAndIncrement() {
return U.getAndAddInt(this, VALUE, 1);
}
public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
int var5;
do {
var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
} while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));
return var5;
}
可以看到这里就是通过 volatile + CAS
的操作来保证变量操作安全性的。
那下面对 CAS
和 synchorinzed
的使用做下对比,主要从如下两方面:
功能限制:
CAS
更加轻量级,synchorinzed
升级为重量锁时会影响系统性能;CAS
仅能保证单个变量操作的原子性,synchorinzed
可以保证代码块内所有变量操作的原子性。
并发规模:
- 低并发:
CAS
更具优势,synchorinzed
在少量情况下仍可能升级为重量锁影响系统性能。 - 高并发:
synchorinzed
更具优势,由于CAS
的很多实现都会使用了自旋操作(如下文将介绍的Atomic***
系列),当在大量线程的情况下CAS
会频繁执行失败进而需要频繁重试,这样会浪费CPU
资源。
结论: 在少量线程且仅需保证单个变量线程安全的情况下可使用 volatile + CAS
替代 volatile + synchorinzed
。
ABA 问题
除了上文提到过 CAS
的两个缺点:
- 仅能保证单个变量操作的原子性;
- 在高并发情况下
CAS
一直失败会一直重试,浪费CPU
资源针。对这个问题的一个思路是引入退出机制,如重试次数超过一定阈值后失败退出。当然,更重要的是避免在高并发环境下使用CAS
。
还有一个问题就是 ABA
问题,现有线程 A、B
:
- 线程
1
读取内存中的数据为A
; - 线程
2
修改内存数据为B
; - 线程
2
修改内存数据为A
; - 线程
1
对数据执行CAS
操作。
由于执行到第四步时内存数据仍然为 A
,但其实数据已经被修改过了。这就是 ABA
问题。针对 ABA
问题可以通过引入版本号的方式解决,每次修改内存中的值版本号都 +1
,在执行 CAS
操作是不仅比较内存中的值也比较版本号,只有两者都相同时才执行成功。Java
中提供的 java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference
也是通过版本号来解决 ABA
问题的。
在 Android 中的使用
在 Android
中我们也可以通过 Atomic***
类来使用 volatile + CAS
。
AtomicFile
AtomicInteger
AtomicLong
AtomicBoolean
AtomicReferenceFieldUpdater
AtomicStampedReference
前几个比较好理解,分别可以保证 file、int、long、boolean
类型数据的原子操作,那么如果操作数据为 String
或类型不可知怎么办呢?这时候就可以使用 AtomicReferenceFieldUpdater()
了。在 Kotlin.lazy
的实现中就使用到了 AtomicReferenceFieldUpdater
:
private class SafePublicationLazyImpl(initializer: () -> T) : Lazy, Serializable {
@Volatile private var initializer: (() -> T)? = initializer
@Volatile private var _value: Any? = UNINITIALIZED_VALUE
// this final field is required to enable safe initialization of the constructed instance
private val final: Any = UNINITIALIZED_VALUE
override val value: T
get() {
val value = _value
if (value !== UNINITIALIZED_VALUE) {
最后
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