CAS算法与Java原子类作者|低吟不作语来源|urlify.c

作者 | 低吟不作语
来源 | urlify.cn/eYzAZr
1、乐观锁
一般而言，在并发情况下我们必须通过一定的手段来保证数据的准确性，如果没有做好并发控制，就可能导致脏读、幻读和不可重复度等一系列问题。乐观锁是人们为了应付并发问题而提出的一种思想，具体的实现则有多种方式。
乐观锁假设数据一般情况下不会造成冲突，只在数据进行提交更新时，才会正式对数据的冲突与否进行检测，如果发现冲突了，则返回给用户错误的信息，让用户决定如何去做。乐观锁适用于读操作多的场景，可以提高程序的吞吐量。
2、CASCAS（Compare And Swap）比较并交换，是一种实现了乐观锁思想的并发控制技术。 CAS 算法的过程是：它包含 3 个参数 CAS（V ， E ， N）， V 表示要更新的变量（内存值）， E 表示旧的预期值， N 表示即将更新的预期值。当且仅当 V 值等于 E 值时，才会将 V 的值设为 N ，如果 V 值和 E 值不同，说明已经有其他线程做了更新，则当前线程什么也不做，并返回当前 V 的真实值。整个操作是原子性的。
当多个线程同时使用 CAS 操作一个变量时，只有一个会胜出，并成功更新，其余均会失败。失败的线程不会被挂起，仅是被告知失败，并允许再次尝试，当然也可以放弃本次操作，所以 CAS 算法是非阻塞的。基于上述原理， CAS 操作可以在不借助锁的情况下实现合适的并发处理。
3、ABA 问题ABA 问题是 CAS 算法的一个漏洞。 CAS 算法实现的一个重要前提是：取出内存中某时刻的数据，并在下一时刻比较并替换，在这个时间差内可能会导致数据的变化。
假设有两个线程，分别要对内存中某一变量做 CAS 操作，线程一先从内存中取出值 A ，线程二也从内存中取出值 A ，并把值从 A 变为 B 写回，然后又把值从 B 变为 A 写回，这时候线程一进行 CAS 操作，发现内存中的值还是 A ，于是认为和预期值一致，操作成功。尽管线程一的 CAS 操作成功，但并不代表这个过程就没有问题。
ABA 问题会带来什么隐患呢？维基百科给出了详细的示例：假设现有一个用单链表实现的堆栈，栈顶为 A ， A.next = B ，现有线程一希望用 CAS 把栈顶替换为 B ，但在此之前，线程二介入，将 A、B 出栈，再压入 D、C、A ，整个过程如下
文章插图
此时 B 处于游离转态，轮到线程一执行 CAS 操作，发现栈顶仍为 A ， CAS 成功，栈顶变为 B ，但实际上 B.next = null ，即堆栈中只有 B 一个元素， C 和 D 并不在堆栈中，平白无故就丢了。简单来说， ABA 问题使我们漏掉某一段时间的数据监控，谁知道在这段时间内会发生什么有趣（可怕）的事呢？
可以通过版本号的方式来解决 ABA 问题，每次执行数据修改操作时，都会带上一个版本号，如果版本号和数据的版本一致，对数据进行修改操作并对版本号 +1 ，否则执行失败。因为每次操作的版本号都会随之增加，所以不用担心出现 ABA 问题。
4、使用 Java 模拟 CAS 算法【CAS算法与Java原子类】这仅仅是基于 Java 层面上的模拟，真正的实现要涉及到底层（我学不会）
public class TestCompareAndSwap {private static CompareAndSwap cas = new CompareAndSwap();public static void main(String[] args) {for (int i = 0; i < 10; i++) {new Thread(new Runnable() {public void run() {// 获取预估值int expectedValue = http://kandian.youth.cn/index/cas.get();boolean b = cas.compareAndSet(expectedValue, (int) (Math.random() * 101));System.out.println(b);}});}}}class CompareAndSwap {private int value;// 获取内存值public synchronized int get() {return value;}// 比较public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {// 读取内存值int oldValue = value;// 比较if (oldValue == expectedValue) {this.value = newValue;}return oldValue;}// 设置public synchronized boolean compareAndSet(int expectedValue, int newValue) {return expectedValue == compareAndSwap(expectedValue, newValue);}}5、原子类原子包 java.util.concurrent.atomic 提供了一组原子类，原子类的操作具有原子性，一旦开始，就一直运行直到结束，中间不会有任何线程上下文切换。原子类的底层正是基于 CAS 算法实现线程安全。
Java 为我们提供了十六个原子类，可以大致分为以下四种：
1. 基本类型

AtomicBoolean原子更新布尔类型，内部使用 int 类型的 value 存储 1 和 0 表示 true 和 false ，底层也是对 int 类型的原子操作