JAVA 乐观锁实现 java多线程乐观锁实现代码

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技术领航者之声 2024-01-03 23:44:12

文章标签 JAVA 乐观锁实现 java cas 非线程安全 System 内存地址 java多线程 文章分类 Java 后端开发

引言

java多线程编程中难免会遇到资源共享。这里将会讲解一下java多线程中的CAS机制和锁的基础概念。java多线程编程_java多线程安全_java多线程实现安全锁CAS机制,CAS在java多线程中相当于数据库的乐观锁，synchronized相当于数据库的乐观锁。

一.java多线程编程常见问题

java多线程示例代码:

package xqlee.net.project.demo.thread.synchronize;
public class ForTest {
public static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
// 开启两个线程
for (int i = 0; i < 2; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//每个线程累计加100
for (int j = 0; j < 100; j++) {
count++;
// System.out.println(count);
}
}
}).start();
}
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("count=" + count);
}
}

疑惑:最终输出的count结果是多少呢？两个线程执行完毕一定是200吗？

答案:因为这段代码不是线程安装的，所以最终的自增结果很有可能会小于200。

尝试执行结果:

JAVA 乐观锁实现 java多线程乐观锁实现代码_内存地址

接下来，修改上面的演示代码。通过关键字synchronized在java多线程编程实现中添加一个锁。这个是个重量级的锁。后续详说。

修改后演示代码如下:

package xqlee.net.project.demo.thread.synchronize;
public class ForTest {
public static int count = 0;
public static void main(String[] args) {
// 开启两个线程
for (int i = 0; i < 2; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//每个线程累计加100
for (int j = 0; j < 100; j++) {
synchronized (ForTest.class) {
count++;
}
// System.out.println(count);
}
}
}).start();
}
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("count=" + count);
}
}

再次执行演示代码，查看结果:

加了同步锁之后，count自增的操作变成了原子性操作，所以最终的输出一定是count=200，代码实现了线程安全。

但是注意,虽然synchronized确保了线程的安全，但是在某些情况下，却不是一个最优选择。为啥这么说呢？关键在于synchronized存在性能问题。synchronized关键字会让没有得到锁资源的线程进入BLOCKED状态，而后再争夺到锁资源后恢复为RUNNABLE状态，这个过程中涉及到操作系统用户模式和内核模式的转换，代价比较高。尽管Java1.6为Synchronized做了优化，增加了从偏向锁到轻量级锁再到重量级锁的过度，但是在最终转变为重量级锁之后，性能仍然较低。

那么有啥好的其他解决办法嘛？

有:原子操作类;

所谓原子操作类，指的是java.util.concurrent.atomic包下，一系列以Atomic开头的包装类。例如AtomicBoolean，AtomicInteger，AtomicLong。它们分别用于Boolean，Integer，Long类型的原子性操作。

现在我们尝试在代码中引入AtomicInteger类：

package xqlee.net.project.demo.thread.synchronize;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class ForTest2 {
public static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public static void main(String[] args) {
// 开启两个线程
for (int i = 0; i < 2; i++) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(10);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
//每个线程累计加100
for (int j = 0; j < 100; j++) {
count.incrementAndGet();
// System.out.println(count);
}
}
}).start();
}
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("count=" + count);
}
}

演示执行结果：

使用AtomicInteger之后，最终的输出结果同样可以保证是200。并且在某些情况下，代码的性能会比Synchronized更好。

那么Atomic操作类底层到底利用了什么手段呢？

其实Atomic就是用到了我们要讲的[CAS机制]

什么是CAS？

CAS是英文单词Compare And Swap的缩写，翻译过来就是比较并替换。

CAS机制当中使用了3个基本操作数：内存地址V，旧的预期值A，要修改的新值B。

更新一个变量的时候，只有当变量的预期值A和内存地址V当中的实际值相同时，才会将内存地址V对应的值修改为B。

这样说或许有些抽象，我们来看一个例子：

1.在内存地址V当中，存储着值为10的变量。

2.此时线程1想要把变量的值增加1。对线程1来说，旧的预期值A=10，要修改的新值B=11。

3.在线程1要提交更新之前，另一个线程2抢先一步，把内存地址V中的变量值率先更新成了11。