簡單探索CAS演算法原理
- 1.CAS演算法理解
- 2.以實體說明CAS演算法的作用
- 總結
看了標題后，許多朋友會不禁發出疑問，什么是CAS演算法？ 簡單來說，CAS為Compare and Swap的意思，即比較并交換的演算法，
1.CAS演算法理解
- JDK1.5增加了并法包java.util.concurrent.*，其下面的類使用CAS演算法實作了區別于synchronize同步鎖的一種樂觀鎖，JDK1.5之前Java語言是靠synchronized關鍵字來保證同步的，這是一種獨占鎖（就是有你沒我的意思），也是悲觀鎖，
如一個金融系統，當某個操作員讀取用戶的資料，并在讀出的用戶資料的基礎上進行修改時（如更改用戶帳戶余額），如果采用悲觀鎖機制，也就意味著整個操作程序中（從操作員讀出資料、開始修改直至提交修改結果的全程序），資料庫記錄始終處于加鎖狀態，可以想見，如果面對幾百上千個并發，這樣的情況將導致怎樣的后果，樂觀鎖機制在一定程度上解決了這個問題，
對于CAS的理解，可以簡單將CAS理解為一種無鎖的演算法，CAS中有3個運算元，記憶體值V，預期值A，以及要修改的新值B，當且僅當預期值A與記憶體值V相同時，將記憶體值 V修改為B，否則什么都不做，
2.以實體說明CAS演算法的作用
前面我們了解到了i++的原子性問題：i++演算法在代碼層面只有一步操作，但交給CPU指令進行操作實際上分為3個步驟，即“讀–改--寫”，而前面我們知道volatile可以保證可見性，但是不能保證原子性，
- 實際上除了synchronize實作原子性外，CAS演算法也可以保證資料變數的原子性，
在java.util.concurrent.atmoic包下提供了一些原子變數，所謂原子變數，就是類的小工具包，支持在單個變數上解除鎖的執行緒安全編程，事實上，此包中的類可將voilatile值，欄位和陣列元素概念擴展到那些也提供原子條件更新操作的類，
在原子類變數中，如java.util.concurrent.atomic中的AtomicXXX，都使用了這些底層的JVM支持為數字型別的參考型別提供一種高效的CAS操作，而在java.util.concurrent中的大多數類在實作時都直接或間接的使用了這些原子變數類，
- 與前面的賣票程式一致的代碼，這里采用多執行緒操作多條共享陳述句（i++），代碼如下，所以會發生多執行緒安全問題，這里會出現相同的數字，
public class MyRunnable implements Runnable {
//提供共享變數
static int i=0;
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
//i++不是原子性操作，所以會發生多執行緒安全問題
System.out.println(i++);
}
}
}
public class MyTest {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
//利用for回圈開啟10個執行緒操縱共享資源，與i++陳述句
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(myRunnable).start();
}
}
}
執行后結果會出現相同的數字：
- 這里除過利用sychronized解決原子性問題，還可以使用CAS演算法來解決，代碼如下：
//在java.util.concurrent.atmoic包下提供了一些原子變數，
// 所謂原子變數，就是類的小工具包，支持在單個變數上解除鎖的執行緒安全編程，
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class MyRunnable implements Runnable {
AtomicInteger i= new AtomicInteger(1);
//提供成員變數的get方法
public AtomicInteger getI() {
return i;
}
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
Thread.sleep(100);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(i.getAndIncrement());
}
}
}
public class MyTest {
public static void main(String[] args) {
MyRunnable myRunnable = new MyRunnable();
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(myRunnable).start();
}
}
}
- 輸出的結果沒有相等的數字，即解決多執行緒安全問題，如下圖，
- AtomicInteger.GetAndincrement 的實作用了樂觀鎖技術，呼叫了類sun.misc.Unsafe庫里面的 CAS演算法，用CPU指令來實作無鎖自增，所以 AtomicInteger.GetAndincrement 的自增比用synchronized的鎖效率倍增，
總結
關于CAS演算法的介紹，到這里就結束了，對于CAS演算法的理解這部分大家要對其處理的思想要弄清楚，面試中談及多執行緒安全問題時也能與面試官聊聊CAS演算法的理解，會很加分呦，
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