java中的cas无锁并发原理是怎样的?

发布网友发布时间：2024-10-08 14:26

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热心网友时间：2024-11-08 10:24

理解 Java 中的 CAS（CompareAndSwap）无锁并发原理，可以先从它在同步操作中的应用开始。CAS 是一种原子操作，它允许在不使用锁的情况下实现线程间的并发控制。假设我们需要在同步代码块中检查一个布尔变量，如果为假，则置为真并继续执行。如果为真，则稍后再次检查。

在不考虑处理器并发性的情况下，可以简单地使用一个布尔变量来实现同步。然而，现代处理器允许指令顺序调整和并行执行，这使得单纯的布尔变量操作不再足够。这就是 CAS 的优势所在，它提供了一个确保在多个核心或运算单元之间同时执行操作的原子性操作。

CAS 指令保证了“比较并交换”操作的原子性，这意味着在操作期间，如果其他线程尝试修改同一变量，CAS 将会失败。这样可以确保变量的值在操作前后保持不变。此外，内存屏障的自动添加确保了操作的执行顺序不会被改变。

对于同步场景，使用 CAS 的简化版本（Swap）就足够了，因为它只需简单地将值设置为已知的正确值，而无需比较。然而，当需要处理线程重入问题时，即同一线程可以多次进入同步块（如在递归调用中常见），需要使用完整的 CAS 版本。这是因为同步块的进入检查不仅要判断是否有其他线程在执行，还需要判断是否为同一线程。

在处理线程重入时，使用 CAS 的正确方法是将当前线程的 ID 作为比较值，而使用空值（如 0）作为交换值。这样，如果当前线程试图再次进入同步块且 CAS 成功，则表示当前线程正在进入，从而避免了循环进入的问题。反之，如果 CAS 失败，则表示同步块已被其他线程占用。

总结来说，Java 中的 CAS 是一种实现无锁并发控制的高效手段，它通过原子性操作来保证多线程环境下的数据一致性。其应用范围广泛，从简单的同步控制到更复杂的并发算法，都能发挥其优势。然而，尽管 CAS 提供了性能提升和更灵活的并发解决方案，但在实际使用时仍需注意其潜在的性能成本和使用场景。