Java高併發9-CAS操作與Unsafe類詳解

一、複習

• 計算機內存模型，synchronized和volatile關鍵字簡介

二、兩者對比

• sychronized和volatile都解決了內存可見性問題
• 不同點：
• （1）前者是獨佔鎖，並且存在者上下文切換的開銷以及線程重新調度的開銷；後者是非阻塞算法，不會造成上下文切換的開銷。
• （2）前者可以保證操作的原子性，但是後者不能保證操作的原子性。

三、在什麼情況下才會使用volatile

• 寫入變量是不依賴當前值的，如果是依賴當前值的話，由於獲取-計算-寫入,三者不是原子性操作，而volatile是保證原子性操作的。
• 變量沒有加鎖的時候，如果變量加鎖了，是可以保證內存的可見性的因此不需要再使用volatile

四、Java中的原子性操作

• 原子性操作通俗的來講就是一組操作，要麼都執行成功，要麼都執行失敗，不存在執行部分成功的情況
• 使用synchronized關鍵字既可以保證操作的原子性又可以保證內存的可見性，volatile只能保證內存的可見性，但是不能保證操作的原子性；synchronized固然好，但在高併發的情況下，由於它是一種獨佔鎖，因此會引起性能低下的問題。

五、Java中的CAS操作

• 定義:CAS(compare and swap)比較並交換，這是JDK提供的一種非阻塞算法，它通過硬件保證了比較-更新的原子性問題。JDK中的Unsafe類提供了一系列的compareAndSwap*方法，下面以compareAndSwapLong爲例進行講解
• boolean compare(Object obj,long offset,long expect,long update)
• 先分別解釋一下各個參數，obj是一個對象的引用（也就是對象存儲的地址），offset是相對於前面地址的偏移量，expect是一個預想的值，update代表如果和預想的值一樣，那麼就是使用update這個值來代替，並且返回true，否則返回false
• 這是處理器提供的一種原子性指令

六、ABA問題

• 描述：線程1獲取變量x的值爲A，然後嘗試修改爲B，但是此時如果有另一個線程修改了x的值爲B，同時又修改成了A，那麼線程2的這個A和線程1之前的A就不是同一個A了
• 產生原因：環形依賴，變量的值從A到B，然後又從B到A，這樣只能一個方向輪轉，如果是從A到B，然後從B到C就不會出現這種情況。
• 解決方式：JDK中的AtomicStampedReferece給每個變量一個時間戳，從而避免了ABA問題

七、Unsafe類

• 在JDK中的rt.jar包中有許多方法都是native的，這是一種硬件級別的操作，使用JNI來調用C++底層函數來操作。

1.long objectFieldOffset(Field field)

• 釋義：獲取某個對象的中的某個域值所在對象的中的內存偏移量

try{
 long value = Unsafe.objectFieldOffset(AutomicLong.class.getDeclaredField("value"));
}catch(Exception e){
 e.printStackTrace();
}

2.int arrayBaseOffset(Class arrayClass)

• 釋義：獲取數組中的第一個元素地址

3.int arrayIndexOffset(Class arrayClass)

• 釋義：獲取數組中第一個元素的字節大小

4.boolean compareAndSwapLong(Object obj,long offset,long expect,long update)

• 可以見上文

八、源碼：

• 所在包：com.ruigege.OtherFoundationOfConcurrent2
• https://github.com/ruigege66/ConcurrentJava
• CSDN：https://blog.csdn.net/weixin_44630050
• 博客園：https://www.cnblogs.com/ruigege0000/
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