Java的多线程编程模型5--Java中的CAS理论

CAS,compare and swap的缩写，中文翻译成比较并交换。

我们都知道，在java语言之前，并发就已经广泛存在并在服务器领域得到了大量的应用。所以硬件厂商老早就在芯片中加入了大量直至并发操作的原语，从而在硬件层面提升效率。在intel的CPU中，使用cmpxchg指令。

在Java发展初期，java语言是不能够利用硬件提供的这些便利来提升系统的性能的。而随着java不断的发展,Java本地方法(JNI)的出现，使得java程序越过JVM直接调用本地方法提供了一种便捷的方式，因而java在并发的手段上也多了起来。而在Doug Lea提供的cucurenct包中，CAS理论是它实现整个java包的基石。

1. CAS:

CAS 操作包含三个操作数 —— 内存位置（V）、预期原值（A）和新值(B)。 如果内存位置的值与预期原值相匹配，那么处理器会自动将该位置值更新为新值 。否则，处理器不做任何操作。无论哪种情况，它都会在 CAS 指令之前返回该 位置的值。（在 CAS 的一些特殊情况下将仅返回 CAS 是否成功，而不提取当前 值。）CAS 有效地说明了“我认为位置 V 应该包含值 A；如果包含该值，则将 B 放到这个位置；否则，不要更改该位置，只告诉我这个位置现在的值即可。”

通常将 CAS 用于同步的方式是从地址 V 读取值 A，执行多步计算来获得新 值 B，然后使用 CAS 将 V 的值从 A 改为 B。如果 V 处的值尚未同时更改，则 CAS 操作成功。

类似于 CAS 的指令允许算法执行读-修改-写操作，而无需害怕其他线程同时 修改变量，因为如果其他线程修改变量，那么 CAS 会检测它（并失败），算法 可以对该操作重新计算。

2.非阻塞算法

如果每个线程在其他线程任意延迟（或甚至失败）时都将持续进行操作，就可以说该算法是无等待的。与此形成对比的是，无锁定算法要求仅 某个线程 总是执行操作。（无等待的另一种定义是保证每个线程在其有限的步骤中正确计 算自己的操作，而不管其他线程的操作、计时、交叉或速度。

3.用CAS来实现非阻塞算法

 

package zl.study.concurrency;
/**
 * AtomicInteger的模拟类，主要是用来测试CAS和非阻塞方式加锁
 * @author peter
 *
 */
public class SimulatedAtomicInteger {
    private int value= 0;

    private int get(){
        return this.value;
    }
    /**
     * 模拟CAS
     * @param current
     * @param next
     * @return
     */
    private synchronized boolean compareAndSet(int current,int next){
        return current == next?true:false;
    }
    /**
     * 模拟非阻塞算法
     * @return
     */
    public final int incrementAndGet() {
        for (;;) {
            int current = get();
            int next = current + 1;
            if (compareAndSet(current, next))
                return next;
        }
    }
}

 

需要注意的是这个方法中的CAS是在jav代码实现的，这个并没有包含内存位置。在concurrent包中，是JNI的方式，内存位置也作为参数传入这个JNI方法中，在后面碰到了在做详细的介绍

在后面介绍java 5提供的并发工具时，我们还能经常看到类似于SimulatedAtomicInteger得写法，大家可以好好体会！