【JavaEE】——CAS指令和ABA问题

一：CAS指令

1：概念

CAS是CPU中的一条特殊的指令，它的功能就是完成“比较和交换”

2：伪代码例子说明

伪代码：只能表示一种逻辑，并不能实现编译执行

注：CAS指令一般只关注内存当中的值，寄存器当中的值是多少不打紧，用完就不要了

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3：优点

CAS指令不涉及锁，也能保证线程的安全

二：原子类

1：引入

在Java中：

先是操作系统对指令封装成api

然后JVM在对api进行封装，把CAS的api放到了unsafe这个包里（注：这个包里指令会涉及一些系统底层的内容，使用的话是风险操作）

Java标准库中，对CAS再进一步封装，提供了一些工具类，其中最主要的一个工具叫“原子类”

java.util.concurrent.atomic

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2：代码示例

我们还是沿用【JavaEE】——线程的安全问题和解决方式_java线程安全 线程不安全-CSDN博客

这篇文章中，用两个线程去自增到10000计数器这个例子

前面我们是通过synchronized加锁方式解决，这里我们使用原子类进行代码编译

package thread;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: Hua YY
 * Date: 2024-09-29
 * Time: 14:15
 */
public class ThreadDemon36 {

   // private static int result = 0;
    //括号里的参数就是result的初始值
    private static AtomicInteger result = new AtomicInteger(0);
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread t1 = new Thread(() -> {
           for(int i = 1 ; i <= 5000 ; i++){
               result.getAndIncrement();//自增相当于result++
               //result++;

           }
        });
        Thread t2 = new Thread(() -> {
            for(int i = 1 ; i <= 5000 ; i++){
                result.getAndIncrement();//自增
                //result++;
            }
        });
        t1.start();
        t2.start();
        t1.join();
        t2.join();
        System.out.println(result.get());//获取到result中持有的值
    }
}

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这里的++操作，不在是（load，add，save）三条指令了，而是打包成了CAS指令，成为一个天然的原子性指令，这样就避免了，多线程中两者的指令相互穿插执行，也就避免了线程安全问题

（1）方法总结

①.getAndIncrement()——相当于count++

②.incrementAndGet()——相当于++count

3：与volatile的区别

volatile是禁止指令重排序（因为操作非原子性嘛），

4:标准库源码

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三：CAS是如何避免线程安全问题

核心点：就是通过CAS和while循环的搭配，来确保内存中的值和寄存器当中的值是一样的，

这里的代价就是“自旋”——while循环嘛，但是一般循环不了几次就OK了，这点资源损耗可以忽略

不计，CAS还是很香的~~~

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四：CAS中ABA问题

1：引入

上述图文看明白之后，我们可以总结出一点，CAS判断内存和寄存器中的值是否相等，本质上就是在判断——是否有其他线程穿插指令

想象一下，在CAS之前，如果有一个线程穿插进去把数值修改了，紧接着第二个线程也穿插进去把错误的数值又修改回来了，那么CAS是感知不到有线程穿插进来的（如穿~~）

一般来说这也不会引起什么bug之类的

2：极端情况

存钱

3：解决方案

（1）约定数据变化本身就是单向的，只能增加或者只能减少

（2）对于本身必须就是双向变化的数据，引入一个版本号——这个版本号就是只能增加不能减少