什么是CAS?
CAS 是 Compare-And-Swap(比较并交换)的缩写,它是一种并发编程中的原子操作,用于实现多线程环境下的数据同步和线程安全。CAS 操作涉及三个主要步骤:比较一个内存位置的当前值与预期值,如果相等,则将该位置的值更新为新值,否则不做任何操作。
CAS 操作通常用于解决多线程并发访问共享资源时的竞态条件问题,如在无锁数据结构、线程池、自旋锁等方面。它的优点在于避免了传统锁(如 synchronized)所带来的性能开销和潜在的死锁问题。
CAS 不通过JVM,直接利⽤java本地⽅ JNI(Java Native Interface为JAVA本地调⽤),直接调⽤CPU 的cmpxchg(是汇编指令)指令。利⽤CPU的CAS指令,同时借助JNI来完成Java的⾮阻塞算法,实现原⼦操作。其它原⼦操作都是利⽤类似的特性完成的。
CAS 操作通常包括以下三个基本参数:
- 内存位置(通常是共享资源的内存地址)。
- 预期值(当前内存位置上的值)。
- 新值(要设置到内存位置上的新值)。
CAS 操作的基本工作流程如下:
- 读取内存位置的当前值(预期值)。
- 比较预期值与当前内存位置上的实际值是否相等。
- 如果相等,将新值写入内存位置,完成操作;否则,什么都不做。
如果多个线程尝试同时执行 CAS 操作,只有一个线程将成功,其他线程将会失败并重试。这确保了在竞态条件下只有一个线程能够修改共享资源。
Java 中的 java.util.concurrent.atomic
包提供了一系列 CAS 操作的实现,如 AtomicInteger
、AtomicLong
、AtomicReference
等,这些类允许在多线程环境中进行原子操作,而无需显式使用锁来保护共享资源。这些类的方法使用 CAS 操作来实现线程安全性。CAS 是一种强大的工具,但需要小心使用,因为它也可能引入一些挑战,如 ABA 问题,需要在具体应用中谨慎考虑。
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