xylz,imxylz

在JDK 5之前Java語(yǔ)言是靠synchronized關(guān)鍵字保證同步的，這會(huì)導(dǎo)致有鎖（后面的章節(jié)還會(huì)談到鎖）。

鎖機(jī)制存在以下問(wèn)題：

（1）在多線程競(jìng)爭(zhēng)下，加鎖、釋放鎖會(huì)導(dǎo)致比較多的上下文切換和調(diào)度延時(shí)，引起性能問(wèn)題。

（2）一個(gè)線程持有鎖會(huì)導(dǎo)致其它所有需要此鎖的線程掛起。

（3）如果一個(gè)優(yōu)先級(jí)高的線程等待一個(gè)優(yōu)先級(jí)低的線程釋放鎖會(huì)導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)倒置，引起性能風(fēng)險(xiǎn)。

volatile是不錯(cuò)的機(jī)制，但是volatile不能保證原子性。因此對(duì)于同步最終還是要回到鎖機(jī)制上來(lái)。

獨(dú)占鎖是一種悲觀鎖，synchronized就是一種獨(dú)占鎖，會(huì)導(dǎo)致其它所有需要鎖的線程掛起，等待持有鎖的線程釋放鎖。而另一個(gè)更加有效的鎖就是樂(lè)觀鎖。所謂樂(lè)觀鎖就是，每次不加鎖而是假設(shè)沒(méi)有沖突而去完成某項(xiàng)操作，如果因?yàn)闆_突失敗就重試，直到成功為止。

CAS 操作

上面的樂(lè)觀鎖用到的機(jī)制就是CAS，Compare and Swap。

CAS有3個(gè)操作數(shù)，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期值A(chǔ)，要修改的新值B。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時(shí)，將內(nèi)存值V修改為B，否則什么都不做。

非阻塞算法 （nonblocking algorithms）

一個(gè)線程的失敗或者掛起不應(yīng)該影響其他線程的失敗或掛起的算法。

現(xiàn)代的CPU提供了特殊的指令，可以自動(dòng)更新共享數(shù)據(jù)，而且能夠檢測(cè)到其他線程的干擾，而 compareAndSet() 就用這些代替了鎖定。

拿出AtomicInteger來(lái)研究在沒(méi)有鎖的情況下是如何做到數(shù)據(jù)正確性的。

private volatile int value;

首先毫無(wú)以為，在沒(méi)有鎖的機(jī)制下可能需要借助volatile原語(yǔ)，保證線程間的數(shù)據(jù)是可見(jiàn)的（共享的）。

這樣才獲取變量的值的時(shí)候才能直接讀取。

public final int get() {
        return value;
    }

然后來(lái)看看++i是怎么做到的。

public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }
}

在這里采用了CAS操作，每次從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)然后將此數(shù)據(jù)和+1后的結(jié)果進(jìn)行CAS操作，如果成功就返回結(jié)果，否則重試直到成功為止。

而compareAndSet利用JNI來(lái)完成CPU指令的操作。

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {  
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
    }

整體的過(guò)程就是這樣子的，利用CPU的CAS指令，同時(shí)借助JNI來(lái)完成Java的非阻塞算法。其它原子操作都是利用類似的特性完成的。

而整個(gè)J.U.C都是建立在CAS之上的，因此對(duì)于synchronized阻塞算法，J.U.C在性能上有了很大的提升。參考資料的文章中介紹了如果利用CAS構(gòu)建非阻塞計(jì)數(shù)器、隊(duì)列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

CAS看起來(lái)很爽，但是會(huì)導(dǎo)致“ABA問(wèn)題”。

CAS算法實(shí)現(xiàn)一個(gè)重要前提需要取出內(nèi)存中某時(shí)刻的數(shù)據(jù)，而在下時(shí)刻比較并替換，那么在這個(gè)時(shí)間差類會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)的變化。

比如說(shuō)一個(gè)線程one從內(nèi)存位置V中取出A，這時(shí)候另一個(gè)線程two也從內(nèi)存中取出A，并且two進(jìn)行了一些操作變成了B，然后two又將V位置的數(shù)據(jù)變成A，這時(shí)候線程one進(jìn)行CAS操作發(fā)現(xiàn)內(nèi)存中仍然是A，然后one操作成功。盡管線程one的CAS操作成功，但是不代表這個(gè)過(guò)程就是沒(méi)有問(wèn)題的。如果鏈表的頭在變化了兩次后恢復(fù)了原值，但是不代表鏈表就沒(méi)有變化。因此前面提到的原子操作AtomicStampedReference/AtomicMarkableReference就很有用了。這允許一對(duì)變化的元素進(jìn)行原子操作。

參考資料：

（1）非阻塞算法簡(jiǎn)介

（2）流行的原子