Java CAS

Java

无锁非阻塞同步

CAS 原理

CAS(Compare and Swap)需要提供目标地址，之前旧值和要更改的新值。在写入的时候先比较目标地址上的最新值和旧值，如果相等说明没被别人改过，此时写入新值，否则放弃写入
这个比较—交换看上去是两段过程，但是由native方法操作底层操作系统，对应单条CPU指令cmpxchg，保证过程原子不被打断
不管是否写入，都返回开始这个操作时地址上的值，即如果替换，返回原值，如果没替换，返回就是现在的最新值

CAS 优点

加锁可以保证线程安全，但是阻塞并发性比较差，采用无锁lock-free的CAS实现可以显著提升性能并且回避锁的一系列弊端

  • 提高性能，线程不需要阻塞唤醒过程，避免了上下文切换和调度延迟
  • 避免死锁、饥饿等生存性问，单个线程出问题不会波及其他线程，不会出现持锁线程不放，其他等待无法运行的情况

加锁是悲观机制，假定存在同时修改，严格排他保护，CAS是乐观机制，进行尝试操作，假定没有同时修改，CAS加锁失败后外围逻辑一般会发起重新尝试
竞争激烈时，CAS一致自旋尝试，会浪费CPU

JDK应用

CAS是原子类及其他并发类实现的基石，广泛应用于进行线程调度，垃圾收集，锁实现等。在Java中，sun.misc.Unsafe类提供了相关功能
比如java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger是典型实现

Unsafe

Java类库中使用的unsafe对象都是直接获取的

Sample
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private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();

然而自己的代码照着写会报错SecurityException，原因是Java限制了只能在类库中调用，有个比较取巧的方法是用反射去获取名为theUnsafe的内部实例

Sample
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private static final Unsafe UNSAFE;
static {
    try {
        Field theUnsafe = Unsafe.class.getDeclaredField("theUnsafe");
        theUnsafe.setAccessible(true);
        UNSAFE = (Unsafe) theUnsafe.get(null);
    } catch (Exception e) {
        throw new AssertionError(e);
    }
}

使用时还需要调整IDE的配置，否则会被处理成Error阻止编译
Preferences-Java-Complicer-Errors/Warnings里面的Deprecated and restricted API中的Forbidden references(access rules)选为Warning就可以编译通过
虽然可以用手段获取Unsafe实例，但是内部API随时变更，不建议在开发时使用

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