JDK并发包温故知新系列（四）—— CAS原理与JDK8的优化

什么是CAS

CAS-CompareAndSet，是JDK原子变量类AtomicInteger、AtomicLong、AtomicInteger、AtomicBoolean、AtomicReference等实现的基础，例如对于一个共享变量int，就算是简单的自增操做也不是原子性的，多线程同时自增，可能会致使变量的值比预期结果小。可是可使用AtomicInteger的incrementAndGet() 方法操做变量，这样结果和预期值同样。跟传统的加锁不一样，getAndDecrement()方法并无给代码加锁。代码相似于：

public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }
}

底层经过sun.misc.Unsafe的本地方法compareAndSwapInt实现，这个方法是原子的。

与synchronized的对比

• 乐观锁与悲观锁的区别
• 性能对比

synchronized是阻塞的，CAS更新是非阻塞的，只是会重试，不会有线程上下文切换开销，对于大部分比较简单的操做，不管是在低并发仍是高并发状况下，这种乐观非阻塞方式的性能都要远高于悲观阻塞式方式。

应用场景

• 用来实现乐观非阻塞算法，确保当前线程方法体内使用的共享变量不被其余线程改变，CAS普遍运用在非阻塞容器中。
• 用来实现悲观阻塞式算法，其用在了显式锁的原理实现，如可重入计数中，调用lock()方法时将经过CAS方法将其设为1，调用unlock则设为递减1。若是同时多个线程调用Lock方法那么必然会致使原子修改不成功，保证了锁的机制，排他性。

可能存在的问题

• ABA问题，普通的CAS操做并非原子的，由于有可能另外一个线程改了值可是又改回了值，那么乐观锁的方式是不能保证原子性的，若业务须要规避这种状况那么可使用AtomicStampedReference的compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp)方法，只有值和时间戳都相等的时候才进行原子更新，每次更新都把当前时间修改进原子变量。

JDK8的优化

JAVA8新增了LongAdder、DoubleAdder对原子变量进行进一步优化，主要是利用了分段CAS的机制，若是不用LongAdder，用AtomicLong的话，在高并发状况下，会产生一直自旋，致使效率不高。他将一个数分红若干个数，CompareAndSet方法的参数只是比较的这若干个数中的一个数，从而下降了自旋的几率，提升了效率。