基于CAS思想的java并發AtomicBoolean實例詳解

java.util.concurrent.atomic

該包是JDK1.5開始提供的,它提供了類的小工具,支持在單個變量上解除鎖的線程安全編程。此包中的類可將 volatile 值、字段和數組元素的概念擴展到那些也提供原子條件更新操作的類,其形式如下:

  boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue);

CAS思想

我們看到了上面提到的一個在java并發中非常重要的一類算法 -- CAS: Compare And Set 比較并設置; 什么意思呢,我們以 boolean compareAndSet(expectedValue, updateValue);方法為例來解釋CAS的思想, 內存中可見的值如果和期望值(expectedValue)一致, 則將內存中的值修改為新值(updateValue),并且返回true; 否則返回false;注意 : 該操作是原子性的,意思是線程安全的。當多個線程同時訪問某個對象時,如果其中一個線程通過CAS操作獲得了訪問權限,則其他線程只能在該線程處理完之后才能訪問。 這類似于同步字 synchronized 但是效率更高因為并沒有鎖的機制,即使在JDK7 之后對其進行過優化。

AtomicBoolean實例詳解

/**
 * 
 */
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);
    
    
    
    /**
     * 
     *  業務邏輯處理:
     *  <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() + "--處理業務邏輯開始...");
                Thread.sleep(5000);
                System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--處理業務邏輯完畢.");
            }catch(Exception e){
                System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--處理業務邏輯失敗!!!");
            }finally{
                canExecutingFlag.set(true);
            }
        }else{
            System.out.println(LocalDate.now() + " " + LocalTime.now() + "--" + Thread.currentThread().getName() + "--已經存在處理中的業務,請稍后再試!");
        }
    }
    
    
    
    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();
    }
    
}

運行結果如下:

2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-3--已經存在處理中的業務,請稍后再試!
2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-2--已經存在處理中的業務,請稍后再試!
2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-6--已經存在處理中的業務,請稍后再試!
2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-1--處理業務邏輯開始...
2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-10--已經存在處理中的業務,請稍后再試!
2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-9--已經存在處理中的業務,請稍后再試!
2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-4--已經存在處理中的業務,請稍后再試!
2017-09-13 22:13:45.081--pool-1-thread-7--已經存在處理中的業務,請稍后再試!
2017-09-13 22:13:45.082--pool-1-thread-5--已經存在處理中的業務,請稍后再試!
2017-09-13 22:13:45.083--pool-1-thread-8--已經存在處理中的業務,請稍后再試!
2017-09-13 22:13:50.082--pool-1-thread-1--處理業務邏輯完畢.

我們看到thread-1首先獲得操作權限canExecutingFlag 值為true,CAS驗證通過并且將canExecutingFlag 值置為false,所以其他線程均未獲得進入資格,因為處理業務邏輯花了5秒鐘,其他線程得到了"已經在處理中"的提示。 為了模擬耗時操作,我們在 executeBusiLogic 方法中通過sleep使執行線程睡眠。

在實際生產中,我們可以使用該方式來處理并發問題, 比如金融領域,請求支付單做資金放款時,為了避免在同一時間請求多次,就可以使用 CAS 來控制。

CAS的缺陷--CAS的ABA問題

問題描述:

因為CAS是基于內存共享機制實現的,比如在AtomicBoolean類中使用了關鍵字 volatile 修飾的屬性: private volatile int value;

線程t1在共享變量中讀到值為A
線程t1被搶占了,線程t2執行
線程t2把共享變量里的值從A改成了B,再改回到A,此時被線程t1搶占。
線程t1回來看到共享變量里的值沒有被改變,于是繼續執行。
雖然線程t1以為變量值沒有改變,繼續執行了,但是這個過程中(即A的值被t2改變期間)會引發一些潛在的問題。ABA問題最容易發生在lock free 的算法中的,CAS首當其沖,因為CAS判斷的是指針的地址。如果這個地址被重用了呢,問題就很大了。(地址被重用是很經常發生的,一個內存分配后釋放了,再分配,很有可能還是原來的地址)

舉一個例子:

我們進機場過安檢的時候,有一個人和你的背包是一樣的(瑞士牌),安檢完后他把你的背包拿走了,你看下包一樣的于是很淡定地登記去了,但是你的Mac Pro不見了。。

這就是ABA的問題。

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