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标题: 【上海校区】Java并发面试问题之Java 8如何优化CAS性能 [打印本页]
作者: 时间留下最真 时间: 2018-12-13 20:04
标题: 【上海校区】Java并发面试问题之Java 8如何优化CAS性能
本帖最后由 时间留下最真 于 2018-12-13 20:08 编辑
java并发包下的CAS相关的原子操作，以及Java 8如何改进和优化CAS操作的性能。
因为Atomic系列的原子类，无论在并发编程、JDK源码、还是各种开源项目中，都经常用到。而且在Java并发面试中，这一块也属于比较高频的考点，所以还是值得给大家聊一聊。
好，我们正式开始！假设多个线程需要对一个变量不停的累加1，比如说下面这段代码：
[AppleScript] 纯文本查看 复制代码
public class HelloWord{
private int data=0;
//多线程同时多data操作 data++
}实际上，上面那段代码是不ok的，因为多个线程直接这样并发的对一个data变量进行修改，是线程不安全性的行为，会导致data值的变化不遵照预期的值来改变。
举个例子，比如说20个线程分别对data执行一次data++操作，我们以为最后data的值会变成20，其实不是。
最后可能data的值是18，或者是19，都有可能，因为多线程并发操作下，就是会有这种安全问题，导致数据结果不准确。
至于为什么会不准确？那不在本文讨论的范围里，因为这个一般只要是学过java的同学，肯定都了解过多线程并发问题。
所以，对于上面的代码，一般我们会改造一下，让他通过加锁的方式变成线程安全的：
[AppleScript] 纯文本查看 复制代码
public class HelloWord{
private int data=0;
public synchronized void increment(){data++;}
//多线程同时调用increment方法 data++
这个时候，代码就是线程安全的了，因为我们加了synchronized，也就是让每个线程要进入increment()方法之前先得尝试加锁，同一时间只有一个线程能加锁，其他线程需要等待锁。
通过这样处理，就可以保证换个data每次都会累加1，不会出现数据错乱的问题。
但是，如此简单的data++操作，都要加一个重磅的synchronized锁来解决多线程并发问题，就有点杀鸡用牛刀，大材小用了。
虽然随着Java版本更新，也对synchronized做了很多优化，但是处理这种简单的累加操作，仍然显得“太重了”。人家synchronized是可以解决更加复杂的并发编程场景和问题的。
而且，在这个场景下，你要是用synchronized，不就相当于让各个线程串行化了么？一个接一个的排队，加锁，处理数据，释放锁，下一个再进来。
对于这种简单的data++类的操作，其实我们完全可以换一种做法，java并发包下面提供了一系列的Atomic原子类，比如说AtomicInteger。
他可以保证多线程并发安全的情况下，高性能的并发更新一个数值。我们来看下面的代码：
[AppleScript] 纯文本查看 复制代码
public class HelloWord{
private AtomicInteger data=new AtomicInteger (0);
//多线程同时执行 data.incrementAndGet()
}大家看上面的代码，是不是很简单！多个线程可以并发的执行AtomicInteger的incrementAndGet()方法，意思就是给我把data的值累加1，接着返回累加后最新的值。
这个代码里，就没有看到加锁和释放锁这一说了吧！
实际上，Atomic原子类底层用的不是传统意义的锁机制，而是无锁化的CAS机制，通过CAS机制保证多线程修改一个数值的安全性
那什么是CAS呢？他的全称是：Compare and Set，也就是先比较再设置的意思。
首先，每个线程都会先获取当前的值，接着走一个原子的CAS操作，原子的意思就是这个CAS操作一定是自己完整执行完的，不会被别人打断。
然后CAS操作里，会比较一下说，唉！大兄弟！现在你的值是不是刚才我获取到的那个值啊？
如果是的话，bingo！说明没人改过这个值，那你给我设置成累加1之后的一个值好了！
同理，如果有人在执行CAS的时候，发现自己之前获取的值跟当前的值不一样，会导致CAS失败，失败之后，进入一个无限循环，再次获取值，接着执行CAS操作！
来看一下这整个过程：
首先第一步，我们假设线程一咔嚓一下过来了，然后对AtomicInteger执行incrementAndGet()操作，他底层就会先获取AtomicInteger当前的值，这个值就是0。
此时没有别的线程跟他抢！他也不管那么多，直接执行原子的CAS操作，问问人家说：兄弟，你现在值还是0吗？
如果是，说明没人修改过啊！太好了，给我累加1，设置为1。于是AtomicInteger的值变为1！
接着线程2和线程3同时跑了过来，因为底层不是基于锁机制，都是无锁化的CAS机制，所以他们俩可能会并发的同时执行incrementAndGet()操作。
然后俩人都获取到了当前AtomicInteger的值，就是1
接着线程2抢先一步发起了原子的CAS操作！注意，CAS是原子的，此时就他一个线程在执行！
然后线程2问：兄弟，你现在值还是1吗？如果是，太好了，说明没人改过，我来改成2
好了，此时AtomicInteger的值变为了2。关键点来了：现在线程3接着发起了CAS操作，但是他手上还是拿着之前获取到的那个1啊！
线程3此时会问问说：兄弟，你现在值还是1吗？
噩耗传来！！！这个时候的值是2啊！线程3哭泣了，他说，居然有人在这个期间改过值。算了，那我还是重新再获取一次值吧，于是获取到了最新的值，值为2。
然后再次发起CAS操作，问问，现在值是2吗？是的！太好了，没人改，我抓紧改，此时AtomicInteger值变为3！
上述整个过程，就是所谓Atomic原子类的原理，没有基于加锁机制串行化，而是基于CAS机制：先获取一个值，然后发起CAS，比较这个值被人改过没？如果没有，就更改值！这个CAS是原子的，别人不会打断你！
通过这个机制，不需要加锁这么重量级的机制，也可以用轻量级的方式实现多个线程安全的并发的修改某个数值。
作者: 不二晨 时间: 2018-12-18 17:47
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