抓活的知识点：如何掌握CAS，你还在费劲算线程数和QPS吗？
2023-10-18 00:52:00
使用 CAS 原子地更新共享变量
随着微服务架构的兴起，并发编程在现代软件开发中变得越来越重要。而并发编程中经常会遇到共享变量更新的问题，即多个线程同时尝试修改同一个变量。如果处理不当，这可能会导致数据不一致和其他难以追踪的错误。
在 Java 中，我们通常使用诸如 volatile 和 synchronized 这样的来实现线程安全。但是，这些方法可能会引入性能开销，尤其是在高并发场景下。
CAS 的登场
为了解决这个问题，Java 提供了 Compare And Swap (CAS) 操作，它是一种使用硬件指令实现并发安全的计数方法，比使用原子变量或锁更加高效。CAS 的工作原理是，在修改变量值之前，先比较变量的当前值与期望值是否相等。如果相等，则修改变量值；如果不相等，则不修改变量值。
CAS 的实现
CAS 的实现可以使用 Unsafe 类，它提供了一种访问底层硬件功能的机制。以下是使用 CAS 原子地更新共享变量的代码示例：
private static final Unsafe UNSAFE = Unsafe.getUnsafe();
private long value;
public void increment() {
while (true) {
long expectedValue = value;
long newValue = expectedValue + 1;
if (UNSAFE.compareAndSwapLong(this, valueOffset, expectedValue, newValue)) {
break;
}
}
}
private static final long valueOffset = UNSAFE.objectFieldOffset(QPSAndThreadCount.class.getDeclaredField("value"));
CAS 的优点
使用 CAS 具有以下优点：
- 线程安全： CAS 保证了在多线程环境下更新共享变量的原子性。
- 性能优越： CAS 比使用原子变量或锁更加高效，因为它避免了锁争用和上下文切换的开销。
- 可扩展性： CAS 可以轻松扩展到多处理器系统，因为它是无锁的。
CAS 的局限性
CAS 也有其局限性：
- ABA 问题： CAS 无法检测到 ABA 问题，即一个变量的值在比较和交换之间发生了两次变化。
- 循环： CAS 可能会导致循环，如果多个线程同时尝试更新同一个变量。
- 仅限于基本类型： CAS 只能用于更新基本类型变量。
结论
CAS 是一种用于更新共享变量的强大工具，它提供线程安全、高性能和可扩展性。在需要原子地更新共享变量的高并发场景中，CAS 是一个很好的选择。
常见问题解答
1. CAS 和原子变量有什么区别？
CAS 是使用硬件指令实现的无锁并发控制机制，而原子变量是在软件层面实现的，通过锁来保证线程安全。CAS 通常比原子变量更有效率。
2. CAS 和锁有什么区别？
CAS 是无锁的，而锁是有锁的。CAS 通过比较和交换操作来更新变量，而锁通过获取和释放锁来保护临界区。CAS 通常比锁更轻量级。
3. CAS 的局限性是什么？
CAS 无法检测到 ABA 问题，可能会导致循环，并且仅限于基本类型变量。
4. CAS 的最佳使用场景是什么？
CAS 最适合用于需要原子地更新共享变量的高并发场景，例如计数器和队列。
5. 如何在 Java 中使用 CAS？
可以使用 Unsafe 类来在 Java 中使用 CAS。Unsafe 类提供了一种访问底层硬件功能的机制。
