深入理解并发之CompareAndSet(CAS)

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一、CAS简介

CAS：Compare and Swap, 翻译成比较并交换。

java.util.concurrent包中借助CAS实现了区别于synchronouse同步锁的一种乐观锁，使用这些类在多核CPU的机器上会有比较好的性能.



CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。



今天我们主要是针对AtomicInteger的incrementAndGet做深入分析。



二、JAVA实现部分



Java代码  收藏代码
/**
     * Atomically increments by one the current value.
     *
     * @return the updated value
     */ 
    public final int incrementAndGet() { 
        for (;;) { 
            int current = get(); 
            int next = current + 1; 
            if (compareAndSet(current, next)) 
                return next; 
        } 
    } 
  循环的内容是
1.取得当前值
2.计算+1后的值
3.如果当前值没有被覆盖的话设置那个+1后的值
4.如果设置没成功, 再从1开始



在这个方法中可以看到compareAndSet这个方法，我们进入看一下。

Java代码  收藏代码
/**
     * Atomically sets the value to the given updated value
     * if the current value {@code ==} the expected value.
     *
     * @param expect the expected value
     * @param update the new value
     * @return true if successful. False return indicates that
     * the actual value was not equal to the expected value.
     */ 
    public final boolean compareAndSet(int expect, int update) { 
        return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update); 
    } 
调用UnSafe这个类的compareAndSwapInt

 

Java代码  收藏代码
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5); 
JAVA程序也就跟踪到这里为止了，剩下的就是通过JNI调用C程序了，可是我奇怪的是为什么变量名都是var1，var2这样的命名呢？JAVA编程规范不是说不使用1，2等没有含义的字符命名吗？



三、JNI原生实现部分

在openJDK中找到找到unsafe.cpp这个文件，代码如下：

Java代码  收藏代码
UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x)) 
  UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt"); 
  oop p = JNIHandles::resolve(obj); 
  jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset); 
  return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e; 
UNSAFE_END 
核心方法是compxchg，这个方法所属的类文件是在OS_CPU目录下面，由此可以看出这个类是和CPU操作有关，进入代码如下：

Java代码  收藏代码
inline jint     Atomic::cmpxchg    (jint     exchange_value, volatile jint*     dest, jint     compare_value) { 
  // alternative for InterlockedCompareExchange 
  int mp = os::is_MP(); 
  __asm { 
    mov edx, dest 
    mov ecx, exchange_value 
    mov eax, compare_value 
    LOCK_IF_MP(mp) 
    cmpxchg dword ptr [edx], ecx 
  } 
} 
这个方法里面都是汇编指命，看到LOCK_IF_MP也有锁指令实现的原子操作，其实CAS也算是有锁操作，只不过是由CPU来触发，比synchronized性能好的多。