无锁编程揭秘：告别锁等待，畅享并发快感

2023-11-01 21:19:53

无锁编程：在并发世界中优雅地同步数据

无锁编程初探：并发与锁的碰撞

在多线程编程的世界中，并发和锁是如影随形的伙伴。为了保证共享数据的正确性和一致性，锁扮演着至关重要的角色。然而，锁的引入也带来了性能上的开销，尤其是在高并发的场景中。无锁编程的出现正是为了解决这个问题，它通过巧妙的设计，在不使用锁的情况下实现数据同步，从而提高并发效率。

CAS：原子操作的利器

CAS（比较并交换）是一种原子操作，它包含三个操作数：内存地址、期望值和新值。CAS会对内存地址中的值进行比较，如果相等，则将新值写入内存地址，否则不执行任何操作。CAS可以保证操作的原子性，即操作要么全部执行，要么完全不执行，不会出现中途被打断的情况。

public static boolean compareAndSet(int expectedValue, int newValue) {
    synchronized (this) {
        if (value == expectedValue) {
            value = newValue;
            return true;
        }
        return false;
    }
}

CAS的原理其实非常简单，但它的应用却非常广泛，比如我们熟悉的乐观锁，就是基于CAS来实现的。乐观锁的思想是，在每次更新数据之前，先对数据进行版本检查，如果版本号没有发生变化，则执行更新操作，否则认为数据已经被其他线程修改过，更新失败。CAS在这里充当了版本检查和更新操作的原子性保证。

AQS：构建同步组件的基石

AQS（抽象队列同步器）是Java中用于构建同步组件的基础框架，它提供了多种同步原语，如锁、信号量、屏障等。AQS的核心思想是使用一个队列来管理等待获取锁的线程，当锁可用时，队首的线程可以获取锁，其他线程则继续等待。AQS的优势在于，它可以支持多种同步策略，比如公平锁、非公平锁、读写锁等，并且具有很高的扩展性，我们可以根据自己的需要定制同步组件。

public abstract class AbstractQueuedSynchronizer {
    private volatile int state;

    protected final boolean compareAndSetState(int expected, int update) {
        return UNSAFE.compareAndSwapInt(this, stateOffset, expected, update);
    }
}