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AtomicInteger 内部并没有用锁来保护共享变量的线程安全。那么它是如何实现的呢?
其中的关键是 compareAndSet,它的简称就是 CAS (也有 Compare And Swap 的说法),它必须是原子操作。
其实 CAS 的底层是 lock cmpxchg 指令(X86 架构),在单核 CPU 和多核 CPU 下都能>够保证【比较-交换】的原子性。
在多核状态下,某个核执行到带 lock 的指令时,CPU 会让总线锁住,当这个核把此指令执行完毕,再开启总线。这个过程中不会被线程的调度机制所打断,保证了多个线程对内存操作的准确性,是原子的。
volatile
获取共享变量时,为了保证该变量的可见性,需要使用 volatile 修饰。
它可以用来修饰成员变量和静态成员变量,他可以避免线程从自己的工作缓存中查找变量的值,必须到主存中获取
它的值,线程操作 volatile 变量都是直接操作主存。即一个线程对 volatile 变量的修改,对另一个线程可见。
注意
volatile 仅仅保证了共享变量的可见性,让其它线程能够看到最新值,但不能解决指令交错>问题(不能保证原子性)
CAS 必须借助 volatile 才能读取到共享变量的最新值来实现【比较并交换】的效果
为什么无锁效率高
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无锁情况下,即使重试失败,线程始终在高速运行,没有停歇,而 synchronized 会让线程在没有获得锁的时候,发生上下文切换,进入阻塞。打个比喻
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线程就好像高速跑道上的赛车,高速运行时,速度超快,一旦发生上下文切换,就好比赛车要减速、熄火,等被唤醒又得重新打火、启动、加速... 恢复到高速运行,代价比较大
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但无锁情况下,因为线程要保持运行,需要额外 CPU 的支持,CPU 在这里就好比高速跑道,没有额外的跑道,线程想高速运行也无从谈起,虽然不会进入阻塞,但由于没有分到时间片,仍然会进入可运行状态,还是会导致上下文切换。
CAS 的特点
结合 CAS 和 volatile 可以实现无锁并发,适用于线程数少、多核 CPU 的场景下。
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CAS 是基于乐观锁的思想:最乐观的估计,不怕别的线程来修改共享变量,就算改了也没关系,我吃亏点再重试呗。
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synchronized 是基于悲观锁的思想:最悲观的估计,得防着其它线程来修改共享变量,我上了锁你们都别想改,我改完了解开锁,你们才有机会。
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CAS 体现的是无锁并发、无阻塞并发,请仔细体会这两句话的意思
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因为没有使用 synchronized,所以线程不会陷入阻塞,这是效率提升的因素之一
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但如果竞争激烈,可以想到重试必然频繁发生,反而效率会受影响
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