Java CAS：并发编程的原子利器

后端

2023-11-14 10:29:59

在现代软件开发中，并发编程已成为不可或缺的一部分。Java语言提供了广泛的并发工具，其中CAS（Compare-And-Swap）操作在控制多线程环境下共享资源的访问方面发挥着至关重要的作用。

什么是CAS？

CAS是一种原子操作，它将共享变量的当前值与预期值进行比较。如果两者相等，则将新的值写入该变量。否则，操作失败，并且变量保持其原始值。这种机制确保了对共享资源的并发访问不会导致数据竞争或不一致。

CAS的优点

CAS相对于传统的同步机制（如锁）具有以下优点：

无锁： CAS是一种无锁操作，这意味着它不会导致线程阻塞或死锁。
高性能： CAS的开销很小，因为它不需要上下文切换或内核调用。
可扩展性： CAS操作可以轻松地扩展到多处理器的系统中，因为它不会引入额外的线程同步开销。

CAS的使用场景

CAS通常用于以下场景：

原子更新计数器： 确保对共享计数器的并发递增和递减操作是原子的。
无锁队列： 构建无锁队列，其中元素的插入和删除是原子的。
不可变对象： 创建不可变对象，其状态一旦初始化就无法更改。

Java中的CAS操作

Java中使用java.util.concurrent.atomic包中的AtomicReference和AtomicInteger等类来实现CAS操作。这些类提供了compareAndSet方法，它接受预期值和新值作为参数。如果预期值与变量的当前值相等，则执行交换操作，并返回true。否则，返回false，表示操作失败。

示例代码

以下示例展示了如何使用CAS操作实现无锁计数器：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class NonBlockingCounter {

    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

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

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