Java并发编程之CAS二源码追根溯源

Java并发编程之CAS二源码追根溯源

在上一篇文章中，咱们知道了什么是CAS以及CAS的执行流程，在本篇文章中，咱们将跟着源码一步一步的查看CAS最底层实现原理。

本篇是《凯哥(凯哥Java:kagejava)并发编程学习》系列之《CAS系列》教程的第二篇：从源码追根溯源查看CAS最底层是怎么实现的。

本文主要内容：CAS追根溯源，完全找到CAS的根在哪里。

一：查看AtomicInteger.compareAndSet源码

经过上一篇文章学习，咱们知道了AtomicInteger.compareAndSet方法不加锁能够保证原子性(其原理就是unsafe+cas实现的)，咱们来看看其源码：

思考1：变量可见性

AtomicInteger对象(下文凯哥简称：atoInteger)怎么保证变量内存可见性呢？

查看源码：

思考2：为何上一篇13行的i.compareAndSet(1,1024)是false

咱们来看看atoInteger的compareAndSet方法。凯哥在上面添加了注释。

在调用unsafe的compareAndSwapInt这个方法的时候，unsafe是什么？this指的是什么？valueOffset又是什么呢？

咱们接着查看atoInteger源码：

咱们发现Unsafe以及valueOffset都是从一个对象中获取到的。

那么this指的是什么？其实this就是当前atoInteger对象。

那么Unsafe对象在哪里呢？

咱们想要看源码，怎么查看呢？发现不能看源码啊。别急，这个文件的源码能够从openJdk的源码中查到。

接着，咱们来查看OpenJdk8的源码：

（PS：下载OpenJdk8源码凯哥这里就不赘述了。在文章最后，凯哥给出）

下载完，解压以后，文件位置：openjdk\jdk\src\share\classes\sun\misc。以下图：

咱们来看看Unsafe类上面的注解：

A collection of methods for performing low-level, unsafe operations.

什么意思呢？用于执行底层的(low-level,)、不安全操做的方法的集合。

就是说，这个类能够直接操做底层数据的。

须要说明的是：在这个对象中大量的方法使用了native来修饰(据网友统计高达82个)

咱们知道，Java的方法使用native关键字修饰的，说明这个方法不是Java自身的方法(非Java方法)，可能调用的是其余语言的。如C或C++语言的方法。

咱们再来看看：unsafe.objectFieldOffse()中的

这个方法就是返回一个内存中访问偏移量。

return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

在unsafe类中compareAndSwapInt方法也是native的。咱们在来看看这个方法调用操做系统底层C++的代码：

说明：

jint *addr：主内存中的变量值

old：对象工做区域的值

new_val：将要改变的值。

这三个是否是很熟悉，对。就是CAS的三个参数。

分析第13行为何返回false:

在11行的时候，设置主内存的变量值V=1.

在12行后，更新为V=2020了。

当执行到第13行的时候，

主内存：V=2020

程序工做区变量值jint *addr A的值：A=1

new_val:1024。

从调用C++代码咱们能够分析到：

在第5行的时候，由于1！=2020，因此return 的result就是false.

因此第13行输出的是false.

思考3：atoInteger.getAndIncrement()是怎么保证数据一致性的

调用的是getAndAddInt方法。接着查看unsafe的源码，就会发现CAS保证原子性的终极代码。

CAS保证原子性终极方法，以下图：

看看：getObjectVolatile。方法发现是native.以下图：

再来看看compareAndSwapObject：

发现是native修饰的方法。说明不是Java的方法。这个咱们等会再细说。

先来研究getAndSetObject：

源码：

咱们来模拟：atoInteger.getAndIncrement();

假设默认值是0. 主内存的值是0

在调用getAndSetObject方法的几个参数说明：

Var1：当前atoInteger对象

Var2：当前偏移量(内存地址所在位置。如：三排四列)

Vart4：默认就是1

Var5：获取到的主内存的值

Var5+var4：将要更新的值。

从源码，咱们看到是do while语句。为何不是while语句呢？由于先要获取到主内存中变量最新的值，而后再判断。因此选用了do while语句。

咱们来看看当CPU1线程1和CPU2线程B来执行的时候：

两个线程都从主内存copay了i的值到本身工做内存空间后，进行+1的操做。

假设线程1再执行+1操做后，准备往主内存回写数据的时候，CPU1被挂起。而后CPU2竞争到资源以后，也操做i+1后，将更新后的值回写到了主内存中。而后切换到CPU1了，CPU1接着执行。对比代码分析：

线程1在执行do后获得的值var5=1而不是0

而后while里面执行：var1和var2运算后的结果是0(工做区的值)。

由于0！=5 .因此this.comparAndSwapInt的值是false.

又由于前面有个! 非得符号。也就是!false。咱们知道!false就是true.

也就是while(true)。While(true)后，接着循环执行。线程会放弃原有操做，从新从主内存中获取到最新数据(此时就是1了)，而后再进行操做后。

又到了do，获取在主内存最新数据是1.接着走while()

由于，var1,var2获取到工做区的值是1 var5也等于1.1=1,成立了，执行var5+var5=1+1=2，来更新主内存的数据后返回true.

又由于前面有个!非的符号。因此就是while(!true)，也就是while(false)。退出循环，返回var5的值。

结论：

经过上面的运行分析，咱们发现atoInteger的getAndIncrement方法保证原子性是unsafe+CAS来保证变量原子性的(其中do while语句就是后面咱们将要学到的自旋)