Comment appliquer CAS en Java

Explication CAS :

CAS (comparer et échanger), comparer et échanger. Un mécanisme qui peut résoudre la perte de performances causée par l'utilisation de verrous dans des situations parallèles multithreads. L'opération CAS contient trois opérandes : l'emplacement mémoire (V), la valeur d'origine attendue (A) et la nouvelle valeur (B). Si la valeur d'un emplacement mémoire correspond à la valeur d'origine attendue, le processeur met automatiquement à jour l'emplacement avec la nouvelle valeur. Sinon, le processeur ne fait rien. Un thread obtient la valeur num de la mémoire principale et opère sur num Lors de l'écriture de la valeur, le thread comparera la première valeur num obtenue avec la valeur num dans la mémoire principale. Si elles sont égales, la valeur modifiée sera num. S'ils ne sont pas égaux, la comparaison sera bouclée jusqu'à ce qu'elle réussisse.

Génération CAS :

Le mot-clé volatile est souvent utilisé lors de la modification de variables partagées, mais la valeur volatile a une visibilité et interdit la reprise des instructions (ordre), et l'atomicité ne peut pas être garantie. Bien qu'il n'y ait aucun problème en monothread, divers problèmes se produiront en multithread, provoquant des phénomènes dangereux sur site. Par conséquent, CAS a été produit après jdk1.5 et utilise des primitives CPU (indivisibles, continues et ininterrompues) pour garantir l'atomicité des opérations sur site.

Application CAS :

Le nouveau java.util.concurrent (JUC) dans JDK1.5 est construit sur CAS. Comparé au mécanisme de verrouillage synchronisé, CAS est une implémentation courante d'algorithmes non bloquants. Par conséquent, JUC a considérablement amélioré ses performances.

Par exemple, la classe AtomicInteger, AtomicInteger est thread-safe, ce qui suit est le code source

Entrez unsafe et voyez la boucle automatique do while La boucle automatique ici sert à déterminer si le. La valeur originale attendue est différente de la valeur originale. Si elle répond aux exigences, la valeur originale sera récupérée en boucle et le processus CAS sera suivi jusqu'à ce que la nouvelle valeur puisse être attribuée avec succès.

Avantages CAS

cas est une idée de verrouillage optimiste, et il s'agit d'un verrou optimiste non bloquant et léger. Cela signifie que l'échec ou la suspension d'un thread ne devrait pas affecter l'échec ou la suspension des autres threads.

Inconvénients du CAS

1. Temps de cycle long, surcharge élevée et ressources CPU occupées. Si le spin lock échoue pendant une longue période, cela entraînera une surcharge importante pour le processeur. Si la JVM peut prendre en charge l'instruction de pause fournie par le processeur, l'efficacité sera améliorée dans une certaine mesure. L'instruction de pause a deux fonctions. Premièrement, elle peut retarder l'instruction d'exécution du pipeline (dé-pipeline) afin que le CPU ne le fasse pas. consomme trop de ressources d'exécution. Le délai dépend de l'implémentation et sur certains processeurs, le délai est nul. Deuxièmement, cela peut éviter le vidage du pipeline du processeur provoqué par une violation de l'ordre de la mémoire lors de la sortie de la boucle, améliorant ainsi l'efficacité d'exécution du processeur.

2. ne peut garantir que le fonctionnement atomique d'une variable partagée. Lors de l'exécution d'une opération sur une variable partagée, nous pouvons utiliser le CAS cyclique pour garantir les opérations atomiques. Cependant, lors d'une opération sur plusieurs variables partagées, le CAS cyclique ne peut pas garantir l'atomicité de l'opération. Dans ce cas, vous pouvez utiliser un verrou, ou avoir. a L'astuce consiste à fusionner plusieurs variables partagées en une seule variable partagée pour le fonctionnement. Par exemple, il existe deux variables partagées i=2, j=a, fusionnez ij=2a, puis utilisez CAS pour faire fonctionner ij. À partir de Java 1.5, JDK fournit la classe AtomicReference pour garantir l'atomicité entre les objets de référence. Vous pouvez placer plusieurs variables dans un seul objet pour effectuer des opérations CAS.

3. Problème ABA

Résoudre le problème ABA (si la valeur est de considérer la fin, vous pouvez ignorer le problème sans considérer le processus)

1. Ajouter un numéro de version

2. AtomicStampedReference
   

De Java À partir de la version 1.5 Le package atomique du JDK fournit une classe AtomicStampedReference pour résoudre le problème ABA. La méthode compareAndSet de cette classe consiste à vérifier d'abord si la référence actuelle est égale à la référence attendue et si l'indicateur actuel est égal à l'indicateur attendu. Si tous sont égaux, définissez alors atomiquement la valeur de la référence et de l'indicateur sur. la valeur de mise à jour donnée.

Il est temps d'utiliser CAS

1. Si le nombre de threads est petit et le temps d'attente est court, le verrouillage rotatif peut être utilisé par CAS pour essayer d'obtenir le verrou, ce qui est plus efficace que synchronisé.

2. Le nombre de threads est important et le temps d'attente est long. Il n'est pas recommandé d'utiliser des verrous tournants car cela consomme beaucoup de CPU

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