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CAS(CompareAndSet)学习笔记

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CAS(CompareAndSet)学习笔记

目录

一、CAS是什么(撕源码前我是这说的)

二、能干什么

三、撕源码前必须掌握的前置知识

1.UnSafe

2.JMM(Java内存模型)

四、开始源码之旅

五、扩展:底层汇编(非计算机专业的,不要求懂,需要汇编知识)

六、CAS是什么(撕源码后我是这么说的)


一、CAS是什么(撕源码前我是这说的)

CAS的全称为Compare(比较)-And(并)-Swap(交换),它是一条CPU并发原语。

二、能干什么

CAS有两个参数:expect:期待值,updata:更新值,若当前的值与填写的期待值(expect)相等则,将当前值更改为更新值(updata)

上代码

public class CAS {
    public static void main(String[] args) {
        //初始化值
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(9);
        System.out.println("当前值为: "+atomicInteger.get());
        //因为当前值与期待值相等所以能够更改数据
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(9,1024));
        System.out.println("当前值为: "+atomicInteger.get());
        //因为当前值与期待值不相等所以不能够更改数据
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(9,2048));
        System.out.println("当前值为: "+atomicInteger.get());
    }
}

控制台输出

当前值为: 9
true
当前值为: 1024
false
当前值为: 1024

三、撕源码前必须掌握的前置知识

1.UnSafe

1.1.Unsafe是CAS的核心类,由于Java方法无法直接访问底层系统,需要通过本地(native)方法来访问,Unsafe相当于一个后门,基于该类可以直接操作特定内存的数据。Unsafe类存在于sun.misc包中,其内部方法操作可以像C的指针一样直接操作内存,因为Java中CAS操作的执行依赖于Unsafe类的方法。

注意Unsafe类中的所有方法都是native修饰的,也就是说Unsafe类中的方法都直接调用操作系统底层资源执行相应任务。

1.2. 变量valueOffset,表示该变量值在内存中的偏移地址,因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据的。

1.3. 变量value用volatile修饰,保证了多线程之间的内存可见性。

2.JMM(Java内存模型)

2.1.JMM(Java内存模型Java Memory Model,简称JMM)本身是一种抽象的概念并不真实存在,它描述的是一组规则或规范,通过这组规范定义了程序中各个变量(包括实例字段,静态字段和构成数组对象的元素)的访问方式。

2.2.JMM关于同步的规定:

    线程解锁前,必须把共享变量的值刷新回主内存
    线程加锁前,必须读取主内存的最新值到自己的工作内存
    加锁解锁是同一把锁

2.3.由于JVM运行程序的实体是线程,而每个线程创建时JVM都会为其创建一个工作内存(有些地方称为栈空间),工作内存是每个线程的私有数据区域,而Java内存模型中规定所有变量都存储在主内存,主内存是共享内存区域,所有线程都可以访问,但线程对变量的操作(读取赋值等)必须在工作内存中进行,首先要将变量从主内存拷贝的自己的工作内存空间,然后对变量进行操作,操作完成后再将变量写回主内存,不能直接操作主内存中的变量,各个线程中的工作内存中存储着主内存中的变量副本拷贝,因此不同的线程间无法访问对方的工作内存,线程间的通信(传值)必须通过主内存来完成,其简要访问过程如下图:

四、开始源码之旅

1.点进方法去看

 2.可以看到它调用的是unsafe类的compareAndSwapInt,再点进去就到了CAS在java的最底层了。

3.CAS在JAVA最底层的参数解析:

    
    public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

4.小结:

通过var1和var2前往主内存获取到当前值,然后与期望值做对比,如果相同则更改为更新值,如果不相同则不更改

五、扩展:底层汇编(非计算机专业的,不要求懂,需要汇编知识)

Unsafe类中的compareAndSwapInt,是一个本地方法,该方法的实现位于unsafe.cpp中。

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x)
UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwaplnt");
oop p = JNlHandles::resolve(obj);
jint* addr = (jint *)index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e))== e;
UNSAFE_END

六、CAS是什么(撕源码后我是这么说的)

CAS的全称为Compare-And-Swap,它是一条CPU并发原语。

它的功能是判断内存某个位置的值是否为预期值,如果是则更改为新的值,这个过程是原子的。

CAS并发原语体现在JAVA语言中就是sun.misc.Unsafe类中的各个方法。调用UnSafe类中的CAS方法,JVM会帮我们实现出CAS汇编指令。这是一种完全依赖于硬件的功能,通过它实现了原子操作。再次强调,由于CAS是一种系统原语,原语属于操作系统用语范畴,是由若干条指令组成的,用于完成某个功能的一个过程,并且原语的执行必须是连续的,在执行过程中不允许被中断,也就是说CAS是一条CPU的原子指令,不会造成所谓的数据不一致问题。(原子性)
 

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