Java并發(fā)編程之原子變量與非阻塞同步機(jī)制
1.非阻塞算法
非阻塞算法屬于并發(fā)算法,它們可以安全地派生它們的線程,不通過鎖定派生,而是通過低級(jí)的原子性的硬件原生形式 —— 例如比較和交換。非阻塞算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)極為困難,但是它們能夠提供更好的吞吐率,對(duì)生存問題(例如死鎖和優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn))也能提供更好的防御。使用底層的原子化機(jī)器指令取代鎖,比如比較并交換(CAS,compare-and-swap).
2.悲觀技術(shù)
獨(dú)占鎖是一種悲觀的技術(shù).它假設(shè)最壞的情況發(fā)生(如果不加鎖,其它線程會(huì)破壞對(duì)象狀態(tài)),即使沒有發(fā)生最壞的情況,仍然用鎖保護(hù)對(duì)象狀態(tài).
3.樂觀技術(shù)
依賴沖突監(jiān)測(cè).先更新,如果監(jiān)測(cè)發(fā)生沖突發(fā)生,則放棄更新后重試,否則更新成功.現(xiàn)在處理器都有原子化的讀-改-寫指令,比如比較并交換(CAS,compare-and-swap).
4.CAS操作
CAS有3個(gè)操作數(shù),內(nèi)存值V,舊的預(yù)期值A(chǔ),要修改的新值B。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值A(chǔ)和內(nèi)存值V相同時(shí),將內(nèi)存值V修改為B,否則什么都不做。CAS典型使用模式是:首先從V中讀取A,并根據(jù)A計(jì)算新值B,然后再通過CAS以原子方式將V中的值由A變成B(只要在這期間沒有任何線程將V的值修改為其他值)。
清單 3. 說明比較并交換的行為(而不是性能)的代碼
public class SimulatedCAS {
private int value;
public synchronized int getValue() { return value; }
public synchronized int compareAndSwap(int expectedValue, int newValue) {
int oldValue = value;
if (value == expectedValue)
value = newValue;
return oldValue;
}
}
清單 4. 使用比較并交換實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器
public class CasCounter {
private SimulatedCAS value;
public int getValue() {
return value.getValue();
}
public int increment() {
int oldValue = value.getValue();
while (value.compareAndSwap(oldValue, oldValue + 1) != oldValue)
oldValue = value.getValue();
return oldValue + 1;
}
}
5.原子變量
原子變量支持不用鎖保護(hù)就能原子性更新操作,其底層用CAS實(shí)現(xiàn)。共有12個(gè)原子變量,可分為4組:標(biāo)量類、更新器類、數(shù)組類以及復(fù)合變量類。最常用的原子變量就是標(biāo)量類:AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean以及AtomicReference。所有類型都支持CAS。
6.性能比較:鎖與原子變量
在中低程度的競(jìng)爭(zhēng)下,原子變量能提供很高的可伸縮性,原子變量性能超過鎖;而在高強(qiáng)度的競(jìng)爭(zhēng)下,鎖能夠更有效地避免競(jìng)爭(zhēng),鎖的性能將超過原子變量的性能。但在更真實(shí)的實(shí)際情況中,原子變量的性能將超過鎖的性能。
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