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烟台教育网站建设,wordpress 管理页面,企业微网站开发,英文seo优化包年费用CAS和Synchronized的区别是什么#xff1f;适合什么样的场景#xff1f;有什么样的优点和缺点#xff1f; 示例程序#xff1a;启动两个线程#xff0c;每个线程中让静态变量count循环累加100次。 public class ThreadTest {private static int count 0;public static …CAS和Synchronized的区别是什么适合什么样的场景有什么样的优点和缺点 示例程序启动两个线程每个线程中让静态变量count循环累加100次。 public class ThreadTest {private static int count 0;public static void main(String[] args) {for (int i 0; i 2; i) {//开启两个线程new Thread(new Runnable() {Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(10);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}//每个线程自增100for (int i 0; i 100; i) {count;}}}).start();}try {Thread.sleep(200);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}System.out.println(countcount);} }最终输出的count结果是什么呢一定会是200吗 因为这段代码不是线程安全的所以最终的自增结果很可能少于200 加上Synchronized同步锁看看结果 public class ThreadTest {private static int count 0;public static void main(String[] args) {for (int i 0; i 2; i) {//开启两个线程new Thread(new Runnable() {Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(10);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}//每个线程自增100for (int i 0; i 100; i) {//加上同步锁synchronized (ThreadTest.class) {count;}}}}).start();}try {Thread.sleep(200);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}System.out.println(countcount);} }加了同步锁之后count自增的操作变成了原子性操作所以最终的输出一定是count200代码实现了线程安全。 Synchronized的确保证了线程安全但是在某些情况下确不是最优选择。 为什么这么说呢关键在于性能问题。 Synchronized关键字会让没有得到锁资源的线程进入BLOCKED状态而后在争夺到锁资源后恢复为RUNNABLE状态这个过程中涉及到操作系统用户模式和内核模式的转换代价比较高。 尽管Java1.6为Synchronized做了优化增加了从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁的过度但是在最终转变为重量级锁之后性能仍然较低。 还有别的方法吗 有没有听说过java当中的原子操作类 所谓原子操作类指的是java.util.concurrent.atomic包下一系列以Atomic开头的包装类。例如AtomicBooleanAtomicIntegerAtomicLong。它们分别用于BooleanIntegerLong类型的原子性操作。 现在我们尝试在代码中引入AtomicInteger类 public class ThreadTest { // private static int count 0;private static AtomicInteger count new AtomicInteger(0);public static void main(String[] args) {for (int i 0; i 2; i) {//开启两个线程new Thread(new Runnable() {Overridepublic void run() {try {Thread.sleep(10);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}//每个线程自增100for (int i 0; i 100; i) {//加上同步锁 // synchronized (ThreadTest.class) { // count; // }count.incrementAndGet();}}}).start();}try {Thread.sleep(200);} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}System.out.println(countcount);} }使用AtomicInteger之后最终的输出结果同样可以保证是200。并且在某些情况下代码的性能会比Synchronized更好。 Atomic操作类的底层正是用了CAS机制。 什么是CAS CAS是英文单词Compare And Swap的缩写翻译过来就是比较并替换。 CAS机制当中使用了3个基本操作数内存地址V旧的预期值A要修改的新值B。 更新一个变量的时候只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时才会将内存地址V对应的值修改为B。 这样说或许有些抽象我们来看一个例子 在内存地址V当中存储着值为10的变量。 此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说旧的预期值A10要修改的新值B11。 在线程1要提交更新之前另一个线程2抢先一步把内存地址V中的变量值率先更新成了11。 线程1开始提交更新首先进行A和地址V的实际值比较Compare发现A不等于V的实际值提交失败。 线程1重新获取内存地址V的当前值并重新计算想要修改的新值。此时对线程1来说A11B12。这个重新尝试的过程被称为自旋。 这一次比较幸运没有其他线程改变地址V的值。线程1进行Compare发现A和地址V的实际值是相等的。 线程1进行SWAP把地址V的值替换为B也就是12。 从思想上来说Synchronized属于悲观锁悲观地认为程序中的并发情况严重所以严防死守。CAS属于乐观锁乐观地认为程序中的并发情况不那么严重所以让线程不断去尝试更新。 这两种机制没有绝对的好与坏关键看使用场景。在并发量非常高的情况下反而用同步锁更合适一些。 Java当中都有哪些地方应用到了CAS机制呢 Atomic系统Lock系列类的底层实现 甚至在java1.6以上版本Synchronized转变为重量级锁之前也会采用CAS机制。 CAS机制有哪些缺点 CPU开销较大 在并发量比较高的情况下如果许多线程反复尝试更新某一个变量却又一直更新不成功循环往复会给CPU带来很大的压力。 不能保证代码块的原子性 CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新就不得不使用Synchronized了。 ABA问题 两个问题如下需要解决 Java当中CAS的底层实现。CAS的ABA问题和解决方法。 1.CAS的底层究竟是怎么来实现的比如AtomicInteger是怎么做到原子性的比较和更新一个值 我们来看一下AtomicInteger的源代码 首先看一看AtomicInteger当中常用的自增方法 incrementAndGet private volatile int value;public final int get(){return value; }public final int incrementAndGet(){for(;;){int current get();int next current1;if(compareAndSet(current,next)){return next;}} }这段代码是一个无限循环也就是CAS的自旋。循环体当中做了三件事 获取当前值。当前值1计算出目标值。进行CAS操作如果成功则跳出循环如果失败则重复上述步骤。 这里需要注意的重点是 get 方法这个方法的作用是获取变量的当前值。 如何保证获得的当前值是内存中的最新值呢很简单用volatile[ˈvɒlətaɪl]关键字来保证。有关volatile关键字的知识我们之前有介绍过这里就不详细阐述了。 compareAndSet是如何保证原子性操作的呢 接下来看一看compareAndSet方法的实现以及方法所依赖对象的来历 private static final Unsafe unsafe Unsafe.getUnsafe();private staitc final long valueOffset;static{try{valueOffset unsafe.objectFieldOffset(AtomicInteger.class.getDeclareField(value));}catch(Exception ex){throw new Exception(ex);} }public final boolean compareAndSet(int expect,int update){return unsafe.compareAndSwapInt(this,valueOffset,expect,update); }compareAndSet方法的实现很简单只有一行代码。这里涉及到两个重要的对象一个是unsafe一个是valueOffset。 什么是unsafe呢Java语言不像CC那样可以直接访问底层操作系统但是JVM为我们提供了一个后门这个后门就是unsafe。unsafe为我们提供了硬件级别的原子操作。 至于valueOffset对象是通过unsafe.objectFieldOffset方法得到所代表的是AtomicInteger对象value成员变量在内存中的偏移量。我们可以简单地把valueOffset理解为value变量的内存地址。 我们在上一期说过CAS机制当中使用了3个基本操作数内存地址V旧的预期值A要修改的新值B。 而unsafe的compareAndSwapInt方法参数包括了这三个基本元素 valueOffset参数代表了Vexpect参数代表了Aupdate参数代表了B 正是unsafe的compareAndSwapInt方法保证了Compare和Swap操作之间的原子性操作。 2.ABA问题呢 所谓ABA问题就是一个变量的值从A改成B又从B改成了A。 什么是ABA呢假设内存中有一个值为A的变量存储在地址V当中。 此时有三个线程想使用CAS的方式更新这个变量值每个线程的执行时间有略微的偏差。线程1和线程2已经获得当前值线程3还未获得当前值。 接下来线程1先一步执行成功把当前值成功从A更新为B同时线程2因为某种原因被阻塞住没有做更新操作线程3在线程1更新之后获得了当前值B。 再之后线程2仍然处于阻塞状态线程3继续执行成功把当前值从B更新成了A。 最后线程2终于恢复了运行状态由于阻塞之前已经获得了“当前值”A并且经过compare检测内存地址V中的实际值也是A所以成功把变量值A更新成了B。 这个过程中线程2获取到的变量值A是一个旧值尽管和当前的实际值相同但内存地址V中的变量已经经历了A-B-A的改变。 表面看起来没毛病本来就是要把A变成B但如果我们结合实际应用场景就可以看出它的问题所在。 当我们举一个提款机的例子。假设有一个遵循CAS原理的提款机小灰有100元存款要用这个提款机来提款50元。 由于提款机硬件出了点小问题小灰的提款操作被同时提交两次开启了两个线程两个线程都是获取当前值100元要更新成50元。 理想情况下应该一个线程更新成功另一个线程更新失败小灰的存款只被扣一次。 线程1首先执行成功把余额从100改成50。线程2因为某种原因阻塞了。这时候小灰的妈妈刚好给小灰汇款50元。 线程2仍然是阻塞状态线程3执行成功把余额从50改成100。 线程2恢复运行由于阻塞之前已经获得了“当前值”100并且经过compare检测此时存款实际值也是100所以成功把变量值100更新成了50。 这个举例改编自《java特种兵》当中的一段例子。原本线程2应当提交失败小灰的正确余额应该保持为100元结果由于ABA问题提交成功了。 那么ABA问题如何解决呢 解决方法很简单加个版本号就行。 什么意思呢真正要做到严谨的CAS机制我们在Compare阶段不仅要比较期望值A和地址V中的实际值还要比较变量的版本号是否一致。 我们仍然以最初的例子来说明一下假设地址V中存储着变量值A当前版本号是01。线程1获得了当前值A和版本号01想要更新为B但是被阻塞了。 这时候内存地址V中的变量发生了多次改变版本号提升为03但是变量值仍然是A。 随后线程1恢复运行进行Compare操作。经过比较线程1所获得的值和地址V的实际值都是A但是版本号不相等所以这一次更新失败。 在Java当中AtomicStampedReference类就实现了用版本号做比较的CAS机制。 3.总结 3.1 Java语言CAS底层如何实现 利用unsafe提供了原子性操作方法。 3.2 什么是ABA问题怎么解决 当一个值从A更新成B又更新会A普通CAS机制会误判通过检测。 利用版本号比较可以有效解决ABA问题。