java中多线程之CAS（compareAndSet），Unsafe类大白话详解.

 
 

什么是CAS

比较并交换

在学习CAS之前，我们先了解一下JMM。什么又是JMM？我只知道JVM。这他妈是啥东西啊？

JMM：java内存模型。jmm是一种抽象的概念，并不真实存在，它描述的是一种规范，通过这种规范定义了程序中的各个变量的访问形式。（仔细读，还是能读懂的）

JMM关于同步的规定（仔细读）：
1.线程解锁前，必须把共享变量的值刷新回主内存
2.线程加锁前，必须读取主内存的最新值到自己的工作内存
3.加锁解锁是同一把锁

知道看不懂，开始白话文解释！

JVM我们的java虚拟机运行程序的时候，是以线程为最小刻度的。而每个线程创建的时候，jvm就会为这个线程创建一个工作内存，该工作内存是私有的，只能被当前线程所访问。
而JMM内存模型中规定：所有的变量都储存在主内存中，所有线程都能访问，但线程对变量的任何操作（读取赋值等）都必须在工作内存中进行，首先要将主内存中的变量拷贝到自己的工作内存中，然后才能对变量进行操作，操作完成后再讲变量写会主内存中。

看不懂没事，先上一段代码

    public static void main(String[] args) {
        AtomicInteger atomicInteger  = new AtomicInteger(5);
        boolean success = atomicInteger.compareAndSet(5,10);
        System.out.println(success);
        System.out.println(atomicInteger.get());
    }

1. 声明一个原子类AtomicInteger实例，初始化值为5
2. 实例对象atomicInteger 调用方法compareAndSet，也即是CAS方法。
3. 传了两个参数，方法返回一个布尔值
4. 打印布尔值
5. 打印atomicInteger的值。

那么这段代码是什么意思呢？compareAndSet方法是干啥的，其中的两个参数是干嘛的？

compareAndSet两个参数：

1. 期望值
2. 更新值

还是看不懂，好，我们梳理一下程序进来的时候发生了什么事情。

1. 现在有A,B两个线程同时进到这段代码
2. 根据JMM内存模型，AB两个线程分别拷贝了变量atomicInteger 到自己的工作内存中，值都为5
3. 现在A线程跑得快一点走到了compareAndSet（5,10）方法。
4. compareAndSet（5,10）表达的意思是：当前线程去主内存中查看atomicInteger的值，如果为5（第一个参数），好，那我就把主内存的atomicInteger 的值改为10（第二个参数）。方法执行成功，返回True。
5. 这个时候B线程开始执行compareAndSet（5,10）方法。
6. 重复第4步的内存判断
7. 由于A线程跑得快，主内存的值已经从5改到了10，但B线程执行的依然是compareAndSet（5,10）：我是B线程，我想把atomicInteger 的值从5改到10，但我在执行操作的时候不希望有其他线程在我前面操作，我也不能在覆盖其他线程已经完成的操作。我在操作之前得知atomicInteger 的初始值是5，那我现在在进行本次更新操作的时候atomicInteger 的值必须还是5（期望值），如果不是5，说明有其他线程进行了操作，那我就不操作了！方法返回False

CAS原理

atomicInteger.getAndIncrement()

上面这行代码就是和我们平时的i++一样
我们知道i++在底层是线程不安全的，它被分为了3步

1. 获取主内存的当前值到自己的工作内存
2. +1操作
3. 把最新值写回到主内存

那为什么atomicInteger.getAndIncrement()就可以实现线程 安全呢？

我们点进去看一下getAndIncrement方法：

    public final int getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }

这里我们看到是调用unsafe类中的getAndAddInt方法，并传了3个参数：

1. this：当前对象
2. valueOffset：内存偏移量
3. “1”：写死的值，代表加1的操作

这里引出两个问题：什么是unsafe类？什么是内存偏移量？
我们继续往下看，最重要的来了。

先看看unsafe和valueOffset在AtomicInteger 中的声明：

Unsafe类：

Unsafe类是CAS的核心类，jdk自带。由于java方法无法直接访问底层系统，需要通过本地方法（native修饰）来方法，Unsafe相当于一个后门，该类的所有方法都是native修饰，可以直接获取到特定内存中的数据。

valueOffset内存偏移量就相当于C中的指针，Unsafe类通过valueOffset去定位数据在内存中的位置从而获得数据

这个时候我们再看这个方法：

    public final int getAndIncrement() {
        return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }

意思就很明确了：我要拿到当前对象（atomicInteger ）的内存地址值（valueOffset），然后进行内存意义上的+1操作！

好！我们现在进去unsafe类看看getAndAddInt这个方法是什么样的：

    public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {
            var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

        return var5;
    }

三个参数：

1. var1：传进来的对象，这里是atomicInteger
2. var2：当前对象的内存偏移量
3. var4： 1

运行步骤：

1. 声明变量var5
2. this.getIntVolatile(var1, var2)：通过var1（atomicInteger ）对象和 var2 （当前对象的内存偏移量），获得对象当前的值！（假设当前是5）
3. this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4) ：如果当前这个对象var1中，var2上的内存地址值（内存中的最新值，可能被其他线程改掉了）和var5（期望值）相比一样。那我就进行+1操作：var5 + var4。方法返回true。while(!true）取反为false。跳出循环，返回+1后的值var5.
4. 如果步骤3中compareAndSwapInt方法返回FALSE，表明当前值和期望值不一样，说明内存中的最新值已经其他线程改掉了！那我就继续循环，获取最新值，再来比较一次

CAS缺点，以及ABA问题和解决办法.

好了 基本已经讲完，欢迎大家评论区指出不足，一起学习进步！

大家看完了点个赞，码字不容易啊。。。