揭开高并发下的利器——CAS锁的神秘面纱，彻底告别锁竞争
2023-10-14 19:05:09
CAS锁：高并发编程的救命良药
锁的困境
在并发编程的广阔世界里，锁扮演着至关重要的角色，充当着共享资源的守卫者。然而，传统锁机制，比如synchronized和ReentrantLock，却往往成为锁竞争和性能瓶颈的元凶。当多个线程同时争夺共享资源时，死锁和饥饿等噩梦便如影随形。
CAS锁的闪亮登场
为了打破锁竞争的魔咒，CAS锁（比较并交换）闪亮登场。它是一种非阻塞的并发控制机制，采用比较和交换操作来保障数据的原子性和一致性。CAS锁的精髓在于，在更新共享变量时，先比对它的当前值与预期值是否匹配。若匹配，则执行更新操作；若不匹配，则说明另一位不速之客已经更新了该值，于是当前线程便偃旗息鼓，卷土重来。
CAS锁的强大威力
CAS锁的过人之处在于它的非阻塞特性。当一个线程更新共享变量时，它不会阻塞其他线程的访问。如果更新失败，线程会继续重试，而不会阻碍其他线程的前进步伐。这种非阻塞机制大幅提升了并发程序的吞吐量。
CAS锁的应用沃土：多核编程
CAS锁在多核编程的舞台上大放异彩。在多核系统中，多个处理器可以同时处理不同的任务。如果少了CAS锁的保驾护航，当多个处理器同时访问共享变量时，锁竞争的幽灵便会伺机而动。CAS锁凭借其非阻塞的优势，有效化解了锁竞争的危机，从而让程序并行效率扶摇直上。
CAS锁的实现秘诀
CAS锁的底层原理是依靠处理器提供的原子指令。原子指令保证了在执行过程中不会被中断，从而确保CAS操作的原子性。在Java中，CAS操作通常通过sun.misc.Unsafe类中的compareAndSwapInt()方法来实现。
CAS锁的使用宝典
在使用CAS锁时，谨记以下要诀：
- 适用范围有限： CAS锁只能用于保护单个共享变量，不能同时保护多个。
- 无法杜绝修改冲突： CAS锁无法防止多个线程同时修改同一个共享变量。
- 引用保护无效： CAS锁不能用于保护对象的引用。
CAS锁的未来展望
作为一种高效的并发控制机制，CAS锁在高并发编程中发挥着举足轻重的作用。随着计算机硬件的不断革新，CAS锁的应用场景将愈发广阔。在未来的并发编程天地里，CAS锁必将继续扮演不可或缺的重角，助力程序员们谱写出高性能、高并发的代码交响曲。
常见问题解答
1. 什么是锁竞争？
锁竞争是指多个线程同时争夺同一个锁，从而导致程序性能下降，甚至出现死锁。
2. CAS锁如何避免锁竞争？
CAS锁通过非阻塞的特性避免锁竞争。当一个线程试图更新共享变量时，它不会阻塞其他线程的访问。如果更新失败，线程会重试，而不会阻塞其他线程。
3. CAS锁和synchronized锁有什么区别？
synchronized锁是阻塞锁，它会阻塞其他线程对共享变量的访问。而CAS锁是非阻塞锁，它不会阻塞其他线程的访问。
4. CAS锁有哪些缺点？
CAS锁只适用于单个共享变量，不能同时保护多个共享变量。另外，CAS锁无法防止多个线程同时修改同一个共享变量。
5. CAS锁适用于哪些场景？
CAS锁适用于多核编程、高并发编程等场景，它可以有效提升程序的并行效率和吞吐量。
代码示例
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class CASCounter {
private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public void increment() {
while (true) {
int expectedValue = count.get();
int newValue = expectedValue + 1;
if (count.compareAndSet(expectedValue, newValue)) {
return;
}
}
}
public int getCount() {
return count.get();
}
}
