多线程并发编程之原子变量与非阻塞同步机制

1.非阻塞算法

非阻塞算法属于并发算法,它们可以安全地派生它们的线程,不通过锁定派生,而是通过低级的原子性的硬件原生形式 —— 例如比较和交换。非阻塞算法的设计与实现极为困难,但是它们能够提供更好的吞吐率,对生存问题(例如死锁和优先级反转)也能提供更好的防御。使用底层的原子化机器指令取代锁,比如比较并交换(CAS,compare-and-swap).

2.悲观技术

独占锁是一种悲观的技术.它假设最坏的情况发生(如果不加锁,其它线程会破坏对象状态),即使没有发生最坏的情况,仍然用锁保护对象状态.

3.乐观技术

依赖冲突监测.先更新,如果监测发生冲突发生,则放弃更新后重试,否则更新成功.现在处理器都有原子化的读-改-写指令,比如比较并交换(CAS,compare-and-swap).

4.CAS操作

CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B,否则什么都不做。CAS典型使用模式是:首先从V中读取A,并根据A计算新值B,然后再通过CAS以原子方式将V中的值由A变成B(只要在这期间没有任何线程将V的值修改为其他值)。

清单 3. 说明比较并交换的行为(而不是性能)的代码
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;
     }
}
清单 4. 使用比较并交换实现计数器
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.原子变量

原子变量支持不用锁保护就能原子性更新操作,其底层用CAS实现。共有12个原子变量,可分为4组:标量类、更新器类、数组类以及复合变量类。最常用的原子变量就是标量类:AtomicInteger、AtomicLong、AtomicBoolean以及AtomicReference。所有类型都支持CAS。

6.性能比较:锁与原子变量

在中低程度的竞争下,原子变量能提供很高的可伸缩性,原子变量性能超过锁;而在高强度的竞争下,锁能够更有效地避免竞争,锁的性能将超过原子变量的性能。但在更真实的实际情况中,原子变量的性能将超过锁的性能。

 

 

来自为知笔记(Wiz)

时间: 2024-08-10 00:29:14

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java并发编程11.原子变量与非阻塞同步机制

在非阻塞算法中不存在死锁和其他活跃性问题. 在基于锁的算法中,如果一个线程在休眠或自旋的同时持有一个锁,那么其他线程都无法执行下去,而非阻塞算法不会受到单个线程失败的影响. 锁的劣势 许多JVM都对非竞争锁获取和释放操作进行了极大的优化,但如果有多个线程同时请求锁,那么JVM就需要借助操作系统地功能.如果出现了这种情况,那么一些线程将被挂起并且在稍后恢复运行.当线程恢复执行时,必须等待其他线程执行完它们的时间片以后,才能被调度执行.在挂起和恢复线程等过程中存在着很大的开销,并且通常存在着较大时间

《Java并发编程实战》第十五章 原子变量与非阻塞同步机制 读书笔记

一.锁的劣势 锁定后如果未释放,再次请求锁时会造成阻塞,多线程调度通常遇到阻塞会进行上下文切换,造成更多的开销. 在挂起与恢复线程等过程中存在着很大的开销,并且通常存在着较长时间的中断. 锁可能导致优先级反转,即使较高优先级的线程可以抢先执行,但仍然需要等待锁被释放,从而导致它的优先级会降至低优先级线程的级别. 二.硬件对并发的支持 处理器填写了一些特殊指令,例如:比较并交换.关联加载/条件存储. 1 比较并交换 CAS的含义是:"我认为V的值应该为A,如果是,那么将V的值更新为B,否则不需要修

Java并发编程实战 第15章 原子变量和非阻塞同步机制

非阻塞的同步机制 简单的说,那就是又要实现同步,又不使用锁. 与基于锁的方案相比,非阻塞算法的实现要麻烦的多,但是它的可伸缩性和活跃性上拥有巨大的优势. 实现非阻塞算法的常见方法就是使用volatile语义和原子变量. 硬件对并发的支持 原子变量的产生主要是处理器的支持,最重要的是大多数处理器架构都支持的CAS(比较并交换)指令. 模拟实现AtomicInteger的++操作 首先我们模拟处理器的CAS语法,之所以说模拟,是因为CAS在处理器中是原子操作直接支持的.不需要加锁. public s

第十五章 原子变量和非阻塞同步机制

1.非阻塞算法 如果在算法中,一个线程的失败或挂起不会导致其他线程也失败或挂起,那么这种算法就称为非阻塞算法.如果这种算法的每个步骤中都存在某个线程能够执行下去,那么这种算法也称为无锁算法. 这种算法利用底层的原子机器指令代替锁来确保数据在并发访问中的一致性. 2.硬件对并发的支持 2.1 CAS(Compare-and-Swap) 包含3个操作数--需要读写的内存位置.进行比较的值A和拟写入的新值B.当且仅当V的值等于A时,CAS才会通过原子的方式用新值B更新V的值.无论位置V的值是否等于A,

java并发编程(8)原子变量和非阻塞的同步机制

原子变量和非阻塞的同步机制 一.锁的劣势 1.在多线程下:锁的挂起和恢复等过程存在着很大的开销(及时现代的jvm会判断何时使用挂起,何时自旋等待) 2.volatile:轻量级别的同步机制,但是不能用于构建原子复合操作 因此:需要有一种方式,在管理线程之间的竞争时有一种粒度更细的方式,类似与volatile的机制,同时还要支持原子更新操作 二.CAS 独占锁是一种悲观的技术--它假设最坏的情况,所以每个线程是独占的 而CAS比较并交换:compareAndSwap/Set(A,B):我们认为内存

非阻塞同步机制和CAS

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Java并发编程-非阻塞同步方式原子类(Atomic)的使用

非阻塞同步 在大多数情况下,我们为了实现线程安全都会使用Synchronized或lock来加锁进行线程的互斥同步,但互斥同步的最主要的问题就是进行线程的阻塞和唤醒所带来的性能问题,因此这种阻塞也称作阻塞同步.从处理问题的方式上说,互斥同步属于一种悲观的并发策略,总是认为只要不去做正确的同步措施,那就肯定会出现问题,无论共享数据是否真的会出现竞争,它都会进行加锁.用户态核心态转换.维护锁的计数器和检查是否有被阻塞的线程需要被唤醒等操作. 随着硬件指令集的发展,我们有了另一个选择:基于冲突检测的乐

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