Java并发编程——由一个自旋锁介绍CAS操作

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黄炎dyn
2018.06.03 17:57 字数 543

记得刚开始写java后端的时候,指导我的同事告诉我,作为一个后端开发,可读性在大部分情况下优于性能。可读性意味着我们要写出简单、清晰、易懂的代码。对于一个java后端开发者,这并不意味着不需要去了解并发编程等更深入的技术栈,当你遇到复杂的场景或者可怕的BUG时,开发者深入的技术功底会派上大用场,这也是区分开发者能力的时刻。所以最近开始比较系统的看java并发编程知识,书本加上Google,Baidu,在学习的过程中发现一些地方对某些知识点的解释可能难以理解,更像是照搬概念。在这里记下一些自己学习过程中遇到的困难点,希望能以简单的方式表达出来,对以后需要的人提供一些帮助。

自旋锁简介

第一次接触这个词的时候,感觉这个锁看起来很高端的样子。


但看了一遍后发现其实很简单。如果你了解过数据库中的乐观锁,其实乐观锁就是一个自旋锁。
对于普通锁来说,多线程在同步访问一段代码时,线程A获取到了普通锁,线程B在尝试获取锁的时候会被阻塞。Java线程是映射系统级的原生线程的,阻塞时需要系统级的调用来完成,资源消耗代价相当大。对于简单的代码块或者高频调用来说,阻塞锁是相当不划算的。这时候有另一种简单的思路来代替阻塞:让竞争线程原地等一等,可以采用让当前线程不停地的在循环体内执行的方式实现。这就叫做自旋。自旋锁其实很简单。

自旋锁实现

下面我们来看下自旋锁的简单实现。

public class SpinLock {
        private AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();

        public void lock() {
            Thread current = Thread.currentThread();
            while (!owner.compareAndSet(null, current)) {
            }
        }

        public void unlock() {
            Thread current = Thread.currentThread();
            owner.compareAndSet(current, null);
        }
    }

读懂代码

要读懂这段代码,我们需要了解下AtomicReference类。

The AtomicReference class provides reference objects that may be read and written atomically, so when multiple threads try to reach them at the same time, only one will be able to do so.

AtomicReference类提供了对引用对象的原子操作。AtomicReference类持有一个对象,核心是CAS(Compare and Swap, 比较并交换)算法。对应于上面代码的compareAndSet方法。

CAS算法

CAS算法有3个操作数,当前值value,预期值expect,修改的新值update。当value与预期值expect相同时,将更新当前值value为新值update。对应于AtomicReference类的compareAndSet方法,可以理解为实现如下:

//AtomicReference类持有对象引用
 private V value;
 public final boolean compareAndSet(V expect, V update) {
            if (value.equals(expect)) {
                value = update;
                return true;
            } else {
                return false;
            }
 }

了解了CAS算法,我们在SpinLock代码里加点注释:

 public class SpinLock {
        private AtomicReference<Thread> owner = new AtomicReference<>();

        public void lock() {
            //获取当前线程对象
            Thread current = Thread.currentThread();
            //当owner持有线程不为空时,循环等待
            while (!owner.compareAndSet(null, current)) {
                //当owner持有线程为空时,将owner持有线程设为当前线程,退出循环
            }
        }

        public void unlock() {
            Thread current = Thread.currentThread();
            //执行完成后,将owner持有线程重新置为空,相当于释放锁
            owner.compareAndSet(current, null);
        }
    }

读到这里是不是理解了CAS操作?巧妙的实现了自旋锁。

初来乍到
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