CAS(Compare and Swap)是一种用于实现无锁并发算法的技术,它通过原子操作来保证数据的一致性。以下是CAS的基本原理:
- 核心思想 :
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CAS算法通过比较内存中的值与期望值是否相等来判断是否发生了并发冲突。
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如果内存中的值与期望值相等,则执行更新操作。
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如果不相等,则说明有其他线程修改了内存中的值,此时CAS操作失败,需要重试。
- 操作过程 :
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CAS操作包含三个关键操作数:内存地址V(要操作的变量地址)、预期值A(当前期望该变量的值)、新值B(希望将变量更新为的新值)。
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CAS操作首先读取内存地址V中的当前值,然后将其与预期值A进行比较。
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如果当前值与预期值相等,则将内存地址V的值更新为新值B。
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如果当前值与预期值不相等,则CAS操作失败,此时线程可能需要通过自旋等待或重试,直到操作成功。
- 原子性保证 :
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CAS机制利用CPU的原子操作指令,保证了操作的原子性和同步性。
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在Java中,可以通过
sun.misc.Unsafe
类的CAS方法实现,这些方法底层依赖于操作系统提供的原子操作指令。
- 非阻塞算法 :
- CAS是一种非阻塞算法,当线程在更新失败时,不需要挂起,因此省去了大量线程上下文切换的开销。
- 应用 :
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CAS广泛应用于多线程编程和并发控制中,可以提高程序的并发性能和效率。
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Java中的
AtomicInteger
、AtomicLong
等原子类就是基于CAS实现的。
CAS机制通过比较和交换操作,在无锁的情况下实现了线程安全的并发控制,避免了传统锁机制可能带来的性能瓶颈和死锁问题