个子线程分别执行10000次计数器+1操作。
package tech.jarry.learning.netease;
import sun.misc.Unsafe;
import java.lang.reflect.Field;
/**
* @Description：
* @Author: jarry
*/
public class AtomicityWithCAS {
// 建立全局计数器，用于观察CAS原子性特点
volatile int k = 0;
// 定义Unsafe引用对象
private static Unsafe unsafe = null;
// 定义k的内存偏移量（可以理解为k在内存中地址，当然实际与C指针的内存地址是完全不同的）
private static long valueOffset;
static {
try {
// 利用反射获取Unsafe实例对象（正常途径是无法获取的）
Field field = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
field.setAccessible(true);
// 由于unsafe是静态对象，所以传入null。想想也对，毕竟不同的实例对象的非静态对象当然是不同的，当然需要传入实例对象作为参数喽。
// 另外吐槽一句，我查看这段资料的时候，发现百度第一页的各个博客，几乎都是一样的示例代码。。。
unsafe = (Unsafe)field.get(null);
// 获取当前对象中全局计数器k的内存地址偏移
Field kField = AtomicityWithCAS.class.getDeclaredField("k");
kField.setAccessible(true);
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(kField);
} catch (NoSuchFieldException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
}
}
/**
* 执行全局计数器k+1的方法
*/
private void add(){
// 当CAS执行失败时，需要重新执行相关操作，直到执行成功。故CAS是一个自旋锁。
while(true) {
// 获取CAS操作所需的旧值
int current = unsafe.getIntVolatile(this,valueOffset);
// 进行CAS操作
if (unsafe.compareAndSwapInt(this,valueOffset,current,current+1)){
// 执行成功，就跳出循环
break;
}
}
}
/**
* 为了体现效果，这里开启了100个线程循环执行add()操作
* @throws InterruptedException
*/
public void run() throws InterruptedException {
for (int j = 0; j < 100; j++){
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
// 每个线程执行10000次add()操作
for (int m = 0; m< 10000; m++){
add();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" has run finished !");
}
}).start();
}
// 当前线程休眠2s，确保所有子线程执行完毕
Thread.sleep(2000);
System.out.println("k: "+k);
}
}
Main主函数
主线程调用同一包下的AtomicityWithNoDeal，AtomicityWithAtomic，AtomicityWithCAS三个类，观察运行效果。
package tech.jarry.learning.netease;
public class Main {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
// (new AtomicityWithNoDeal()).run();
/**
* 运行结果：
* Thread-1 has run finished !
* 。。。。。。（略98个线程）
* Thread-83 has run finished !
* i: 440239
*/
// (new AtomicityWithAtomic()).run();
/**
* 运行结果：
* Thread-0 has run finished !
* 。。。。。。（略98个线程）
* Thread-69 has run finished !
* atomicInteger: 1000000
*/
// (new AtomicityWithCAS()).run();
/**
* 运行结果：
* Thread-1 has run finished !
* 。。。。。。（略98个线程）
* Thread-80 has run finished !
* k: 1000000
*/
}
}
注释
其实上述代码中，重要的地方，我都写上了相关的注释。如果还有什么不清楚的地方，可以@我。
CAS缺点
CAS当然是有缺点的，否则就没Synchronized什么事情了。
- 从概念及代码示例中可以看出，当CAS操作执行失败时，会继续进入下一个循环执行，直到CAS操作执行成功，这种行为称为自旋。自旋的实现让所有线程都处于高频运行，争抢CPU执行时间的状态。如果操作长时间不成功，会带来很大的CPU资源消耗（所以Java有锁的粗化/升级）。
- CAS仅能针对单个变量进行操作，不能用于多个变量来实现原子操作。
- ABA问题。
正如，我之前所提到的，看待技术问题要找到其特性的最初来源。如第二点中CAS之所以不能支持多个变量的原子操作，是因为CAS操作的原子性来源于硬件的支撑，而硬件只支持单个变量的原子操作，故CAS只能针对单个变量的原子操作进行操作。而有些文章或代码中提到通过CAS执行多个变量的原子操作，其实本质并不是针对多个变量，而是针对这些变量的集合或者总的对象的Reference操作的。这有点抽象，举个栗子。我将通过CAS操作转变了某个数组的引用变量的指向，看起来我实现了整个数组内多个元素转变的原子操作。但实际是我通过改变当前引用变量的指向实现的，CAS的原子操作针对的是这个指向Reference。具体代码可以参照Atomic包中的AtomicIntegerArray与AtomicReference等实现。
至于第一点，细究起来有非常多的内容，如锁的粗化，自旋是否可以优化等。其实CAS的自旋操作实际是确保了一定有CAS操作在执行，但这是通过牺牲CPU实现的。举个栗子，为了能够监听硬件串口返回的消息，我通过while(true)来不断获取串口发送过来的数据，直到我获得了一个完整数据包。
话头收回来，让我们谈谈第三点-ABA问题。
ABA概念
ABA问题，说