基于CAS思想的java并发AtomicBoolean实例详解

刺骨的言语ヽ痛彻心扉 2022-06-08 03:56 111阅读 0赞

## **java.util.concurrent.atomic** ##

该包是JDK1.5开始提供的，它提供了类的小工具，支持在单个变量上解除锁的线程安全编程。此包中的类可将 volatile 值、字段和数组元素的概念扩展到那些也提供原子条件更新操作的类，其形式如下：

boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue);

## **CAS思想** ##

我们看到了上面提到的一个在java并发中非常重要的一类算法 – CAS: Compare And Set 比较并设置； 什么意思呢，我们以 `boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue);`方法为例来解释CAS的思想， 内存中可见的值如果和期望值(expectedValue)一致， 则将内存中的值修改为新值(updateValue)，并且返回true； 否则返回false；*注意* ： 该操作是原子性的，意思是线程安全的。 当多个线程同时访问某个对象时，如果其中一个线程通过CAS操作获得了访问权限，则其他线程只能在该线程处理完之后才能访问。 这类似于同步字 **synchronized** 但是效率更高因为并没有锁的机制，即使在JDK7 之后对其进行过优化。

## **AtomicBoolean实例详解** ##

/** * */
    package byron4j.dlzd.curr.atomic;
    
    import java.time.LocalDate;
    import java.time.LocalTime;
    import java.util.concurrent.ExecutorService;
    import java.util.concurrent.Executors;
    import java.util.concurrent.TimeUnit;
    import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;
    
    
    public class AtomicDemo { 
    
        private static volatile AtomicBoolean canExecutingFlag = new AtomicBoolean(true);
    
    
    
        /** * * 业务逻辑处理: * <ol> * <li>Step 1</li> * <li>Step 2</li> * </ol> */
        public void executeBusiLogic(){
            if( canExecutingFlag.compareAndSet(true, false) ){
                try{
                    System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--处理业务逻辑开始...");
                    Thread.sleep(5000);
                    System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--处理业务逻辑完毕.");
                }catch(Exception e){
                    System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--处理业务逻辑失败!!!");
                }finally{
                    canExecutingFlag.set(true);
                }
            }else{
                System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--已经存在处理中的业务，请稍后再试!");
            }
        }
    
    
    
        public static void main(String[] args) {
            ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);
    
            AtomicDemo demo = new AtomicDemo();
    
            for(int i = 0; i < 10; i++){
                es.execute(new Runnable() {
    
                    @Override
                    public void run() {
                        demo.executeBusiLogic();
                    }
                });
            }
    
            es.shutdown();
        }
    
    }

运行结果如下：

2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-3--已经存在处理中的业务，请稍后再试!
    2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-2--已经存在处理中的业务，请稍后再试!
    2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-6--已经存在处理中的业务，请稍后再试!
    2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-1--处理业务逻辑开始...
    2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-10--已经存在处理中的业务，请稍后再试!
    2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-9--已经存在处理中的业务，请稍后再试!
    2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-4--已经存在处理中的业务，请稍后再试!
    2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-7--已经存在处理中的业务，请稍后再试!
    2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-5--已经存在处理中的业务，请稍后再试!
    2017-09-13 22:13:45.083--pool-1-thread-8--已经存在处理中的业务，请稍后再试!
    2017-09-13 22:13:50.082--pool-1-thread-1--处理业务逻辑完毕.

我们看到thread-1首先获得操作权限canExecutingFlag 值为true，CAS验证通过并且将canExecutingFlag 值置为false，所以其他线程均未获得进入资格，因为处理业务逻辑花了5秒钟，其他线程得到了”已经在处理中”的提示。 为了模拟耗时操作，我们在 executeBusiLogic 方法中通过sleep使执行线程睡眠。

在实际生产中，我们可以使用该方式来处理并发问题， 比如金融领域，请求支付单做资金放款时，为了避免在同一时间请求多次，就可以使用 CAS 来控制。

### **CAS的缺陷–CAS的ABA问题** ###

问题描述：

因为CAS是基于内存共享机制实现的，比如在AtomicBoolean类中使用了关键字 **volatile** 修饰的属性： `private volatile int value;`

线程t1在共享变量中读到值为A  
线程t1被抢占了，线程t2执行  
线程t2把共享变量里的值从A改成了B，再改回到A，此时被线程t1抢占。  
线程t1回来看到共享变量里的值没有被改变，于是继续执行。  
虽然线程t1以为变量值没有改变，继续执行了，但是这个过程中(即A的值被t2改变期间)会引发一些潜在的问题。ABA问题最容易发生在lock free 的算法中的，CAS首当其冲，因为CAS判断的是指针的地址。如果这个地址被重用了呢，问题就很大了。（地址被重用是很经常发生的，一个内存分配后释放了，再分配，很有可能还是原来的地址）

*举一个例子：*

> 我们进机场过安检的时候，有一个人和你的背包是一样的(瑞士牌)，安检完后他把你的背包拿走了，你看下包一样的于是很淡定地登记去了，但是你的Mac Pro不见了。。

这就是ABA的问题。