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基于CAS思想的java并发AtomicBoolean实例详解

2017-09-13 22:58 447 查看

java.util.concurrent.atomic

该包是JDK1.5开始提供的,它提供了类的小工具,支持在单个变量上解除锁的线程安全编程。此包中的类可将 volatile 值、字段和数组元素的概念扩展到那些也提供原子条件更新操作的类,其形式如下:

boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue);


CAS思想

我们看到了上面提到的一个在java并发中非常重要的一类算法 – CAS: Compare And Set 比较并设置; 什么意思呢,我们以
boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue);
方法为例来解释CAS的思想, 内存中可见的值如果和期望值(expectedValue)一致, 则将内存中的值修改为新值(updateValue),并且返回true; 否则返回false;注意 : 该操作是原子性的,意思是线程安全的。 当多个线程同时访问某个对象时,如果其中一个线程通过CAS操作获得了访问权限,则其他线程只能在该线程处理完之后才能访问。 这类似于同步字 synchronized 但是效率更高因为并没有锁的机制,即使在JDK7 之后对其进行过优化。

AtomicBoolean实例详解

/**
*
*/
package byron4j.dlzd.curr.atomic;

import java.time.LocalDate;
import java.time.LocalTime;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicBoolean;

public class AtomicDemo {

private static volatile AtomicBoolean canExecutingFlag = new AtomicBoolean(true);

/**
*
*  业务逻辑处理:
*  <ol>
*    <li>Step 1</li>
*    <li>Step 2</li>
*  </ol>
*/
public void executeBusiLogic(){
if( canExecutingFlag.compareAndSet(true, false) ){
try{
System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--处理业务逻辑开始...");
Thread.sleep(5000);
System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--处理业务逻辑完毕.");
}catch(Exception e){
System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--处理业务逻辑失败!!!");
}finally{
canExecutingFlag.set(true);
}
}else{
System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--已经存在处理中的业务,请稍后再试!");
}
}

public static void main(String[] args) {
ExecutorService es = Executors.newFixedThreadPool(10);

AtomicDemo demo = new AtomicDemo();

for(int i = 0; i < 10; i++){
es.execute(new Runnable() {

@Override
public void run() {
demo.executeBusiLogic();
}
});
}

es.shutdown();
}

}


运行结果如下:

2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-3--已经存在处理中的业务,请稍后再试!
2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-2--已经存在处理中的业务,请稍后再试!
2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-6--已经存在处理中的业务,请稍后再试!
2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-1--处理业务逻辑开始...
2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-10--已经存在处理中的业务,请稍后再试!
2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-9--已经存在处理中的业务,请稍后再试!
2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-4--已经存在处理中的业务,请稍后再试!
2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-7--已经存在处理中的业务,请稍后再试!
2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-5--已经存在处理中的业务,请稍后再试!
2017-09-13 22:13:45.083--pool-1-thread-8--已经存在处理中的业务,请稍后再试!
2017-09-13 22:13:50.082--pool-1-thread-1--处理业务逻辑完毕.


我们看到thread-1首先获得操作权限canExecutingFlag 值为true,CAS验证通过并且将canExecutingFlag 值置为false,所以其他线程均未获得进入资格,因为处理业务逻辑花了5秒钟,其他线程得到了”已经在处理中”的提示。 为了模拟耗时操作,我们在 executeBusiLogic 方法中通过sleep使执行线程睡眠。

在实际生产中,我们可以使用该方式来处理并发问题, 比如金融领域,请求支付单做资金放款时,为了避免在同一时间请求多次,就可以使用 CAS 来控制。

CAS的缺陷–CAS的ABA问题

问题描述:

因为CAS是基于内存共享机制实现的,比如在AtomicBoolean类中使用了关键字 volatile 修饰的属性:
private volatile int value;


线程t1在共享变量中读到值为A

线程t1被抢占了,线程t2执行

线程t2把共享变量里的值从A改成了B,再改回到A,此时被线程t1抢占。

线程t1回来看到共享变量里的值没有被改变,于是继续执行。

虽然线程t1以为变量值没有改变,继续执行了,但是这个过程中(即A的值被t2改变期间)会引发一些潜在的问题。ABA问题最容易发生在lock free 的算法中的,CAS首当其冲,因为CAS判断的是指针的地址。如果这个地址被重用了呢,问题就很大了。(地址被重用是很经常发生的,一个内存分配后释放了,再分配,很有可能还是原来的地址)

举一个例子:

我们进机场过安检的时候,有一个人和你的背包是一样的(瑞士牌),安检完后他把你的背包拿走了,你看下包一样的于是很淡定地登记去了,但是你的Mac Pro不见了。。

这就是ABA的问题。
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