Java CAS操作与Unsafe类详解

一、复习

计算机内存模型，synchronized和volatile关键字简介

二、两者对比

sychronized和volatile都解决了内存可见性问题
不同点：
（1）前者是独占锁，并且存在者上下文切换的开销以及线程重新调度的开销；后者是非阻塞算法，不会造成上下文切换的开销。
（2）前者可以保证操作的原子性，但是后者不能保证操作的原子性。

三、在什么情况下才会使用volatile

  • 写入变量是不依赖当前值的，如果是依赖当前值的话，由于获取-计算-写入,三者不是原子性操作，而volatile是保证原子性操作的。
  • 变量没有加锁的时候，如果变量加锁了，是可以保证内存的可见性的因此不需要再使用volatile

四、Java中的原子性操作

  • 原子性操作通俗的来讲就是一组操作，要么都执行成功，要么都执行失败，不存在执行部分成功的情况
  • 使用synchronized关键字既可以保证操作的原子性又可以保证内存的可见性，volatile只能保证内存的可见性，但是不能保证操作的原子性；synchronized固然好，但在高并发的情况下，由于它是一种独占锁，因此会引起性能低下的问题。

五、Java中的CAS操作

  • 定义:CAS(compare and swap)比较并交换，这是JDK提供的一种非阻塞算法，它通过硬件保证了比较-更新的原子性问题。JDK中的Unsafe类提供了一系列的compareAndSwap*方法，下面以compareAndSwapLong为例进行讲解
  • boolean compare(Object obj,long offset,long expect,long update)
  • 先分别解释一下各个参数，obj是一个对象的引用（也就是对象存储的地址），offset是相对于前面地址的偏移量，expect是一个预想的值，update代表如果和预想的值一样，那么就是使用update这个值来代替，并且返回true，否则返回false
  • 这是处理器提供的一种原子性指令

六、ABA问题

  • 描述：线程1获取变量x的值为A，然后尝试修改为B，但是此时如果有另一个线程修改了x的值为B，同时又修改成了A，那么线程2的这个A和线程1之前的A就不是同一个A了
  • 产生原因：环形依赖，变量的值从A到B，然后又从B到A，这样只能一个方向轮转，如果是从A到B，然后从B到C就不会出现这种情况。
  • 解决方式：JDK中的AtomicStampedReferece给每个变量一个时间戳，从而避免了ABA问题

七、Unsafe类

在JDK中的rt.jar包中有许多方法都是native的，这是一种硬件级别的操作，使用JNI来调用C++底层函数来操作。

1.long objectFieldOffset(Field field)

释义：获取某个对象的中的某个域值所在对象的中的内存偏移量

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

2.int arrayBaseOffset(Class arrayClass)

释义：获取数组中的第一个元素地址

3.int arrayIndexOffset(Class arrayClass)

释义：获取数组中第一个元素的字节大小

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

可以见上文

八、源码：

所在包：com.ruigege.OtherFoundationOfConcurrent2

https://github.com/ruigege66/ConcurrentJava

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