并发（6）

news2024/11/25 2:19:44

36.什么是CAS？

37.CAS使用示例，结合AtomicInteger给出示例？

38.CAS会有哪些问题？

39.AtomicInteger底层实现？

40.请阐述你对Unsafe类的理解？

36.什么是CAS？

CAS的全称为Compare－And－Swap，直译就是对比交换。是一条CPU的原子指令，其作用是让CPU先进性比较两个值相等，然后原子地更新某个位置的值，经过调查发现，其实现方式是基于硬件平台的汇编指令，就是说CAS是靠硬件实现的，JVM只是封装了汇编调用，那些AtomicInteger类便是使用了这些封装后的接口。

简单解释：CAS操作需要输入两个数值，一个旧值（期望操作前的值）和一个新值，在操作期间先比较下载旧值有没有发生变化，如果没有发生变化，才交换成新值，发生了变化则不交换。

CAS操作是原子性的，所以多线程并发使用CAS更新数据时，可以不使用锁。JDK中大量使用了CAS来更新数据而防止加锁（synchronized重量级锁）来保持原子更新。

相信SQL大家都熟悉，类似SQL中条件更新一样：update set id=3 from table where id = 2。因为单条SQL执行原子性，如果有多个线程同时执行此SQL语句，只有一条能更新成功。

37.CAS使用示例，结合AtomicInteger给出示例？

如果不使用CAS，在高并发下，多线程同时修改一个变量的值我们需要synchronized加锁（可能有人说可以用Lock加锁，Lock底层的AQS也是基于CAS进行获取锁的）。

Java中我们提供了AtomicInteger原子类（底层基于CAS进行更新数据的），不需要加锁就在多线程并发场景下实现数据一致性。

38.CAS会有哪些问题？

CAS方式为乐观锁，synchronized为悲观锁。因此使用CAS解决并发问题通常情况下性能更优。

但使用CAS方式也会有几个问题：

ABA问题

因为CAS需要再操作值的时候，检查值有没有发生变化，比如没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时则会发现他的值没有发生变化，但是实际上却变化了。

ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前两追加上版本号，每次变量更新的时候把版本号加1，那么A－>B－>A就会变成1A－>2B－>3A。

从jdk1.5开始，JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法的作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查的作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。

循环时间长开销大

自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。如果JVM能支持处理器提供的pause指令，那么效率会有一定的提升。pause指令有两个作用：第一，他可以延迟流水线执行命令，使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零；第二，他可以避免在推出循环的时候因内存顺序冲突而引起CPU流水线被清空，从而提高CPU的执行效率。

只能保证一个共享变量的原子操作

当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁。

还有一个取巧的办法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如，有两个变量i=2,j=a,合并一下ij=2a,然后用CAS来操作ij。

从Java1.5开始，JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，就可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。