文章前記

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1??背景

之前的文章中我們已經(jīng)講過，Java的AtomicInteger類中能夠?qū)⒆x和寫封裝成為一個原子操作，例如其中的getAndIncrement()方法就可以實現(xiàn)原子化的i++操作。

這一切的實現(xiàn)是通過系統(tǒng)原生的CAS操作實現(xiàn)的。

CAS操作即比較并交換操作，能夠在內(nèi)存真值與預(yù)期原值一樣時，將新值放入指定的內(nèi)存中。

本文我們探討基于CAS操作實現(xiàn)的讀寫原子化中引發(fā)的問題。

2??CAS存在的問題

CAS實現(xiàn)了高效的原子操作，但是仍然存在一些問題，主要有三個：

1 ABA問題

2 循環(huán)開銷問題

3 無法應(yīng)用與多個共享變量

2.1? ABA問題

因為CAS需要在操作值的時候檢查下值有沒有發(fā)生變化，如果沒有發(fā)生變化則更新，但是如果一個值原來是A，變成了B，又變成了A，那么使用CAS進行檢查時會發(fā)現(xiàn)它的值沒有發(fā)生變化，認為情況還是樂觀的。此時可能引發(fā)錯誤。

例如，時刻t1在隊列中CAS操作前獲取預(yù)期原值A(chǔ)=5，之后隊列發(fā)生了移動，再次獲取的原值仍然為5，此時進行了CAS操作。則會引發(fā)錯誤。

ABA問題的解決思路就是使用版本號。在變量前面追加上版本號，每次變量更新的時候把版本號加一，那么A－B－A 就會變成1A-2B－3A。

Java1.5開始，atomic包中存在一個AtomicStampedReference類來解決ABA問題。

該類的compareAndSet方法會先檢查當(dāng)前引用是否發(fā)生變化，如果沒有變化才會使用CAS更新其值。

源代碼如下：

2.2? 循環(huán)開銷問題

因為CAS是基于樂觀鎖的思想的，需要不斷判斷樂觀情況是否成立，因此是一個循環(huán)操作，常被稱為CAS自旋。如果并發(fā)嚴重，則CAS自旋會不斷嘗試，導(dǎo)致CPU開銷大。

解決此問題的辦法是在多次CAS操作失敗時，能夠暫停一段時間，在進行CAS操作。防止在其他線程密集修改某變量時對該變量不斷進行CAS自旋。當(dāng)然，這需要JVM的支持。

2.3? 無法應(yīng)用于多個共享變量

對一個共享變量進行CAS操作時可以的，那如果對一組變量展開操作呢？顯然是不可以的，因為內(nèi)存位置V是一個值，而非一組值。這個時候只能使用鎖。

其實，還有一個辦法，即將這一組變量封裝成一個對象，從而將對一組變量的操作轉(zhuǎn)化為對一個對象的操作。

Java1.5之后，便可以使用AtomicReference來封裝一個需要原子化更新的對象。

3?總結(jié)

雖然，AtomicInteger類中的原子化操作存在一些問題，但是它與加同步鎖的方法相比仍然在性能、易用性上具有巨大的優(yōu)勢。

希望大家能夠在日常的編碼中掌握并使用AtomicInteger類中的相關(guān)方法，寫出簡潔、高效的代碼。

—END—

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