怎样建设营销型网站,西安做北郊做网站,1千万人网站维护成本,wordpress页面id文章目录 CASAtomic 原子类一般原子类针对aba问题 —— AtomicStampedReference针对大量自旋问题 —— LongAdder CAS
原理大致如下#xff1a; 在java的 Unsafe 类里封装了一些 cas 的api。以 compareAndSetInt 为例#xff0c;来看看其底层实现。 可以发现#xff0c;最… 文章目录 CASAtomic 原子类一般原子类针对aba问题 —— AtomicStampedReference针对大量自旋问题 —— LongAdder CAS
原理大致如下 在java的 Unsafe 类里封装了一些 cas 的api。以 compareAndSetInt 为例来看看其底层实现。 可以发现最终会调用到 Atomic::cmpxchg 方法Atomic::cmpxchg 在不同的操作系统中实现有所不同上图所示是 linux_x86 的代码。
Atomic::cmpxchg (exchange_valuedest, compare_value) compare_value是期望的当前值如果 destination 的当前值等于 compare_value则进行替换操作。 dest 是要进行比较和替换的内存位置通常是一个变量或内存地址。 exchange_value 是要设置到 destination 的新值。 返回CAS成功返回替换值CAS失败返回原值。 Atomic::cmpxchg 底层是 cmpxchgl 指令该指令是一个硬件层面上的原子操作。除此之外如果是多核架构还加入lock前缀指令以实现内存屏障的效果。 cmpxchgl指令首先比较 dest 指向的内存值是否和 compare_value 值相等如果相等则交换 dest 与 exchange_value否则就单方面将 dest 指向的值赋给exchange_value。 Atomic 原子类
在理解了cas的底层实现后再来看原子类。
一般原子类
一般的源自类无非就是直接调用了 Unsafe 中 cas 相关api。
以AtomicInteger为例 而上面是在不考虑CAS自身缺陷情况下的一个封装如果考虑上CAS缺陷原子类该如何应对 cas缺陷1、aba问题 2、可能大量自旋 针对aba问题 —— AtomicStampedReference
试想这么一个场景从读取内存值开始到执行cas原子指令之前值被修改了两次一次1一次-1。此时对于cas指令来说内存中的值是不变的就好像没被修改过一样进而指令操作成功。这就是aba问题。 为解决aba问题jdk增加了 AtomicStampedReference 类。核心设计思想是多加版本号的概念。当cas替换时不仅比对内存中的值是否是期望值还会去比对版本号是否跟一开始的相等 如果不相等所以在这期间被修改过了此时就cas失败。 除了 AtomicStampedReference 还有 AtomicMarkableReference 。区别在于 AtomicMarkableReference 并不关心修改了多少次只关心是否被修改过。所以mark是一个boolean类型。
针对大量自旋问题 —— LongAdder
试想这么一个场景假如同一时刻大量线程对库存数量-1此时必然会有大量的自旋线程占用cpu资源。这明显是一个资源的浪费。如果不用cas加锁的话就会有线程切换对性能必然会有所影响。有没有那么一种方案既不加锁阻塞线程又可以避免大量的自旋呢 为解决这类场景的问题jdk 1.8 引入了 LongAdder。 除 LongAdder 外还有 DoubleAdder、DoubleAccumulator、LongAccumulator基本原理是一样的本文以 LongAdder为例。 LongAccumulator相当于LongAdder的增强版。LongAdder只能针对数值的进行加减运算而LongAccumulator提供了自定义的函数操作。 LongAdder的基本思路 分散热点将value值分散到数组中不同线程会命中到数组的不同槽每个线程只对自己槽中的值进行CAS这样热点就被分散了冲突的概率就小很多。如果要获取真正的long值只需将各个槽中的变量值累加返回即可。
重要变量base变量 Cells[]数组 base变量非竞态条件下直接累加到该变量上 Cells[]数组竞态条件下累加个各个线程自己的槽Cell[i]中 接下来从源码看看 LongAdder 是如何累加的 LongAdder#add public void add(long x) {Cell[] cs; long b, v; int m; Cell c;if ((cs cells) ! null || !casBase(b base, b x)) {boolean uncontended true;if (cs null || (m cs.length - 1) 0 ||(c cs[getProbe() m]) null ||!(uncontended c.cas(v c.value, v x)))longAccumulate(x, null, uncontended);}}总之就是当 cells 还为初始化就直接cas base变量如果一开始cells就已经初始化或者cas base 变量失败就cas cells数组如果cas cells数组也失败就进入Striped64#longAccumulate。
Striped64#longAccumulate
final void longAccumulate(long x, LongBinaryOperator fn,boolean wasUncontended) {//...//自旋循环done: for (;;) {Cell[] cs; Cell c; int n; long v;//如果cells不为空if ((cs cells) ! null (n cs.length) 0) {//映射的槽位为空新建并设置槽位if ((c cs[(n - 1) h]) null) {if (cellsBusy 0) {Cell r new Cell(x);if (cellsBusy 0 casCellsBusy()) {try {Cell[] rs; int m, j;if ((rs cells) ! null (m rs.length) 0 rs[j (m - 1) h] null) {rs[j] r;break done;}} finally {cellsBusy 0;}continue;}}collide false;}//...自旋重试的标记位处理//不为空就 cas cell 槽位else if (c.cas(v c.value, (fn null) ? v x : fn.applyAsLong(v, x)))break;//...自旋重试的标记位处理//cas cell 槽位失败尝试扩容cellselse if (cellsBusy 0 casCellsBusy()) {try {if (cells cs) // Expand table unless stalecells Arrays.copyOf(cs, n 1);} finally {cellsBusy 0;}collide false;continue; // Retry with expanded table}h advanceProbe(h);}//如果为空就新建 cells 并设置 cell 槽位else if (cellsBusy 0 cells cs casCellsBusy()) {try {if (cells cs) {Cell[] rs new Cell[2];rs[h 1] new Cell(x);cells rs;break done;}} finally {cellsBusy 0;}}//如果正在扩容直接cas baseelse if (casBase(v base,(fn null) ? v x : fn.applyAsLong(v, x)))break done;}}总之就是如果cells还未初始化就初始化并设置此次槽位。如果正在初始化就直接cas base。如果已经初始化就映射槽位如果槽位为null就创建槽位并设值如果槽位不为null就cas该槽位如果槽位cas失败就尝试扩容cells大小 cpu核数 时扩容。
