CAS 是有很多優點的,比如可以避免加互斥鎖,可以提高程式的運行效率,但是同樣 CAS 也有非常明顯的缺點,所以我們在使用 CAS 的時候應該同時考慮到它的優缺點,合理地進行技術選型,
下面我們就來看一下 CAS 有哪幾個主要的缺點,
ABA 問題
首先,CAS 最大的缺點就是 ABA 問題,
決定 CAS 是否進行 swap 的判斷標準是“當前的值和預期的值是否一致”,如果一致,就認為在此期間這個數值沒有發生過變動,這在大多數情況下是沒有問題的,
但是在有的業務場景下,我們想確切知道從上一次看到這個值以來到現在,這個值是否發生過變化,例如,這個值假設從 A 變成了 B,再由 B 變回了 A,此時,我們不僅認為它發生了變化,并且會認為它變化了兩次,
在這種場景下,我們使用 CAS,就看不到這兩次的變化,因為僅判斷“當前的值和預期的值是否一致”就是不夠的了,CAS 檢查的并不是值有沒有發生過變化,而是去比較這當前的值和預期值是不是相等,如果變數的值從舊值 A 變成了新值 B 再變回舊值 A,由于最開始的值 A 和現在的值 A 是相等的,所以 CAS 會認為變數的值在此期間沒有發生過變化,所以,CAS 并不能檢測出在此期間值是不是被修改過,它只能檢查出現在的值和最初的值是不是一樣,
我們舉一個例子:假設第一個執行緒拿到的初始值是 100,然后進行計算,在計算的程序中,有第二個執行緒把初始值改為了 200,然后緊接著又有第三個執行緒把 200 改回了 100,等到第一個執行緒計算完畢去執行 CAS 的時候,它會比較當前的值是不是等于最開始拿到的初始值 100,此時會發現確實是等于 100,所以執行緒一就認為在此期間值沒有被修改過,就理所當然的把這個 100 改成剛剛計算出來的新值,但實際上,在此程序中已經有其他執行緒把這個值修改過了,這樣就會發生 ABA 問題,
如果發生了 ABA 問題,那么執行緒一就根本無法知曉在計算程序中是否有其他執行緒把這個值修改過,由于第一個執行緒發現當前值和預期值是相等的,所以就會認為在此期間沒有執行緒修改過變數的值,所以它接下來的一些操作邏輯,是按照在此期間這個值沒被修改過”的邏輯去處理的,比如它可能會列印日志:“本次修改十分順利”,但是它本應觸發其他的邏輯,比如當它發現了在此期間有其他執行緒修改過這個值,其實本應該列印的是“本次修改程序受到了干擾”,
那么如何解決這個問題呢?添加一個版本號就可以解決,
我們在變數值自身之外,再添加一個版本號,那么這個值的變化路徑就從 A→B→A 變成了 1A→2B→3A,這樣一來,就可以通過對比版本號來判斷值是否變化過,這比我們直接去對比兩個值是否一致要更靠譜,所以通過這樣的思路就可以解決 ABA 的問題了,
在 atomic 包中提供了 AtomicStampedReference 這個類,它是專門用來解決 ABA 問題的,解決思路正是利用版本號,AtomicStampedReference 會維護一種類似 <Object,int> 的資料結構,其中的 int 就是用于計數的,也就是版本號,它可以對這個物件和 int 版本號同時進行原子更新,從而也就解決了 ABA 問題,因為我們去判斷它是否被修改過,不再是以值是否發生變化為標準,而是以版本號是否變化為標準,即使值一樣,它們的版本號也是不同的,
以上就是對 CAS 的第一個缺點—— ABA 問題的介紹,
自旋時間過長
CAS 的第二個缺點就是自旋時間過長,
由于單次 CAS 不一定能執行成功,所以 CAS 往往是配合著回圈來實作的,有的時候甚至是死回圈,不停地進行重試,直到執行緒競爭不激烈的時候,才能修改成功,
可是如果我們的應用場景本身就是高并發的場景,就有可能導致 CAS 一直都操作不成功,這樣的話,回圈時間就會越來越長,而且在此期間,CPU 資源也是一直在被消耗的,這會對性能產生很大的影響,所以這就要求我們,要根據實際情況來選擇是否使用 CAS,在高并發的場景下,通常 CAS 的效率是不高的,
范圍不能靈活控制
CAS 的第三個缺點就是不能靈活控制執行緒安全的范圍,
通常我們去執行 CAS 的時候,是針對某一個,而不是多個共享變數的,這個變數可能是 Integer 型別,也有可能是 Long 型別、物件型別等等,但是我們不能針對多個共享變數同時進行 CAS 操作,因為這多個變數之間是獨立的,簡單的把原子操作組合到一起,并不具備原子性,因此如果我們想對多個物件同時進行 CAS 操作并想保證執行緒安全的話,是比較困難的,
有一個解決方案,那就是利用一個新的類,來整合剛才這一組共享變數,這個新的類中的多個成員變數就是剛才的那多個共享變數,然后再利用 atomic 包中的 AtomicReference 來把這個新物件整體進行 CAS 操作,這樣就可以保證執行緒安全,
相比之下,如果我們使用其他的執行緒安全技術,那么調整執行緒安全的范圍就可能變得非常容易,比如我們用 synchronized 關鍵字時,如果想把更多的代碼加鎖,那么只需要把更多的代碼放到同步代碼塊里面就可以了,
總結
CAS 的三個缺點,分別是 ABA 問題、自旋時間過長以及執行緒安全的范圍不能靈活控制,我們了解了它的缺點之后,在進行技術選型的時候就可以有的放矢了,
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