Java并发中的CAS: 乐观的并发策略

2023-10-04 12:21:13

在并发编程的世界中，对于如何管理对共享数据的访问，存在两种截然不同的理念：乐观并行和悲观并行。悲观并行的思想基础是，假设冲突随时可能发生，因此在访问共享数据之前先对其进行加锁，以防止其他线程同时访问该数据。另一方面，乐观并行则采取更为乐观的看法，它假设冲突并不常见，因此不进行加锁，而是允许线程同时访问共享数据。如果发生冲突，则乐观并行会使用称为“比较并交换”（CAS）的机制来解决冲突。

CAS是一种原子的内存操作，它将一个变量的预期值与实际值进行比较。如果两个值相等，则CAS操作会将变量更新为一个新值。否则，CAS操作将失败，并且线程将知道该变量已由另一个线程修改。

CAS操作的效率很高，因为它不需要获取或释放锁。这使得它非常适合于高并发性的场景，其中线程频繁地访问和修改共享数据。然而，CAS操作也有其局限性。首先，它只能用于更新单个变量，而不能用于更新多个变量。其次，它不能保证操作的原子性，因为在CAS操作和更新变量之间可能会发生其他操作。

乐观并行何时使用

乐观并行通常适用于以下场景：

冲突不常见： 如果共享数据很少被修改，或者修改操作很少发生冲突，那么乐观并行是一种高效的方法。
操作时间较短： 如果对共享数据的修改操作时间很短，那么使用CAS进行冲突解决的开销很小。
线程数量较多： 在高并发性的场景中，获取和释放锁的开销可能会成为瓶颈。乐观并行可以避免这些开销。

乐观并行如何实现

在Java中，可以使用AtomicReference和AtomicInteger等类来实现乐观并行。这些类提供了compareAndSet方法，该方法允许线程使用CAS操作更新变量。

以下是一个使用AtomicReference实现乐观并行的示例：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

public class OptimisticCounter {
    private AtomicReference<Integer> count = new AtomicReference<>(0);

    public void increment() {
        while (true) {
            int expectedCount = count.get();
            int newCount = expectedCount + 1;
            if (count.compareAndSet(expectedCount, newCount)) {
                return;
            }
        }
    }

    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}