Unsafe

简单讲一下这个类。Java无法直接访问底层操作系统,而是通过本地(native)方法来访问。不过尽管如此,JVM还是开了一个后门,JDK中有一个类Unsafe,它提供了硬件级别的原子操作

这个类尽管里面的方法都是public的,但是并没有办法使用它们,JDK API文档也没有提供任何关于这个类的方法的解释。总而言之,对于Unsafe类的使用都是受限制的,只有授信的代码才能获得该类的实例,当然JDK库里面的类是可以随意使用的。

从第一行的描述可以了解到Unsafe提供了硬件级别的操作,比如说获取某个属性在内存中的位置,比如说修改对象的字段值,即使它是私有的。不过Java本身就是为了屏蔽底层的差异,对于一般的开发而言也很少会有这样的需求。

举两个例子,比方说:

public native long staticFieldOffset(Field paramField);

这个方法可以用来获取给定的paramField的内存地址偏移量,这个值对于给定的field是唯一的且是固定不变的。再比如说:

public native int arrayBaseOffset(Class paramClass);
public native int arrayIndexScale(Class paramClass);

前一个方法是用来获取数组第一个元素的偏移地址,后一个方法是用来获取数组的转换因子即数组中元素的增量地址的。最后看三个方法:

public native long allocateMemory(long paramLong);
public native long reallocateMemory(long paramLong1, long paramLong2);
public native void freeMemory(long paramLong);

分别用来分配内存,扩充内存和释放内存的。

当然这需要有一定的C/C++基础,对内存分配有一定的了解,这也是为什么我一直认为C/C++开发者转行做Java会有优势的原因。

CAS

CAS,Compare and Swap即比较并交换,设计并发算法时常用到的一种技术,java.util.concurrent包全完建立在CAS之上,没有CAS也就没有此包,可见CAS的重要性。

当前的处理器基本都支持CAS,只不过不同的厂家的实现不一样罢了。CAS有三个操作数:内存值V、旧的预期值A、要修改的值B,当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值修改为B并返回true,否则什么都不做并返回false

CAS也是通过Unsafe实现的,看下Unsafe下的三个方法:

public final native boolean compareAndSwapObject(Object paramObject1, long paramLong, Object paramObject2, Object paramObject3);

public final native boolean compareAndSwapInt(Object paramObject, long paramLong, int paramInt1, int paramInt2);

public final native boolean compareAndSwapLong(Object paramObject, long paramLong1, long paramLong2, long paramLong3);

就拿中间这个比较并交换Int值为例好了,如果我们不用CAS,那么代码大致是这样的:

 public int i = 1;

 public boolean compareAndSwapInt(int j)
{
if (i == 1)
{
i = j;
return true;
}
return false;
}

当然这段代码在并发下是肯定有问题的,有可能线程1运行到了第5行正准备运行第7行,线程2运行了,把i修改为10,线程切换回去,线程1由于先前已经满足第5行的if了,所以导致两个线程同时修改了变量i。

解决办法也很简单,给compareAndSwapInt方法加锁同步就行了,这样,compareAndSwapInt方法就变成了一个原子操作。CAS也是一样的道理,比较、交换也是一组原子操作,不会被外部打断,先根据paramLong/paramLong1获取到内存当中当前的内存值V,在将内存值V和原值A作比较,要是相等就修改为要修改的值B,由于CAS都是硬件级别的操作,因此效率会高一些。

由CAS分析AtomicInteger原理

java.util.concurrent.atomic包下的原子操作类都是基于CAS实现的,下面拿AtomicInteger分析一下,首先是AtomicInteger类变量的定义:

 private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset; static {
try {
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
} private volatile int value;

关于这段代码中出现的几个成员属性:

1、Unsafe是CAS的核心类,前面已经讲过了

2、valueOffset表示的是变量值在内存中的偏移地址,因为Unsafe就是根据内存偏移地址获取数据的原值的

3、value是用volatile修饰的,这是非常关键的

下面找一个方法getAndIncrement来研究一下AtomicInteger是如何实现的,比如我们常用的addAndGet方法:

 public final int addAndGet(int delta) {
for (;;) {
int current = get();
int next = current + delta;
if (compareAndSet(current, next))
return next;
}
}
 public final int get() {
return value;
}

这段代码如何在不加锁的情况下通过CAS实现线程安全,我们不妨考虑一下方法的执行:

1、AtomicInteger里面的value原始值为3,即主内存中AtomicInteger的value为3,根据Java内存模型,线程1和线程2各自持有一份value的副本,值为3

2、线程1运行到第三行获取到当前的value为3,线程切换

3、线程2开始运行,获取到value为3,利用CAS对比内存中的值也为3,比较成功,修改内存,此时内存中的value改变比方说是4,线程切换

4、线程1恢复运行,利用CAS比较发现自己的value为3,内存中的value为4,得到一个重要的结论-->此时value正在被另外一个线程修改,所以我不能去修改它

5、线程1的compareAndSet失败,循环判断,因为value是volatile修饰的,所以它具备可见性的特性,线程2对于value的改变能被线程1看到,只要线程1发现当前获取的value是4,内存中的value也是4,说明线程2对于value的修改已经完毕并且线程1可以尝试去修改它

6、最后说一点,比如说此时线程3也准备修改value了,没关系,因为比较-交换是一个原子操作不可被打断,线程3修改了value,线程1进行compareAndSet的时候必然返回的false,这样线程1会继续循环去获取最新的value并进行compareAndSet,直至获取的value和内存中的value一致为止

整个过程中,利用CAS机制保证了对于value的修改的线程安全性。

CAS的缺点

CAS看起来很美,但这种操作显然无法涵盖并发下的所有场景,并且CAS从语义上来说也不是完美的,存在这样一个逻辑漏洞:如果一个变量V初次读取的时候是A值,并且在准备赋值的时候检查到它仍然是A值,那我们就能说明它的值没有被其他线程修改过了吗?如果在这段期间它的值曾经被改成了B,然后又改回A,那CAS操作就会误认为它从来没有被修改过。这个漏洞称为CAS操作的"ABA"问题。java.util.concurrent包为了解决这个问题,提供了一个带有标记的原子引用类"AtomicStampedReference",它可以通过控制变量值的版本来保证CAS的正确性。不过目前来说这个类比较"鸡肋",大部分情况下ABA问题并不会影响程序并发的正确性,如果需要解决ABA问题,使用传统的互斥同步可能回避原子类更加高效。

Unsafe与CAS的更多相关文章

  1. JDK 1.8 sun.misc.Unsafe类CAS底层实现

    在java.util.concurrent包下面的很多类为了追求性能都采用了sun.misc.Unsafe类中的CAS操作,从而避免使用synchronized等加锁方式带来性能上的不足. 在sun. ...

  2. Unsafe中CAS的实现

    前言 Unsafe 是位于 sun.misc 包下的一个类.Unsafe 提供的 API 大致可分为内存操作.CAS.Class 相关.对象操作.线程调度.系统信息获取.内存屏障.数组操作等几类.由于 ...

  3. 1. AtomicInteger 、Unsafe 及 CAS方法的整理

    本文摘自: https://blog.csdn.net/fanrenxiang/article/details/80623884 http://ifeve.com/sun-misc-unsafe/ h ...

  4. 原子类型的使用&Unsafe&CAS

    在项目中也经常可以见到原子类型(AtomicXXX)的使用,而且AtomicXXX常用来代替基本类型或者基本类型的包装类型,因为其可以在不加同步锁的情况下保证线程安全(只对于原子操作). 下面以Ato ...

  5. Java并发(十二):CAS Unsafe Atomic

    一.Unsafe Java无法直接访问底层操作系统,而是通过本地(native)方法来访问.不过尽管如此,JVM还是开了一个后门,JDK中有一个类Unsafe,它提供了硬件级别的原子操作. 这个类尽管 ...

  6. java并发编程(八) CAS & Unsafe & atomic

    参考文档:https://www.cnblogs.com/xrq730/p/4976007.html CAS(Compare and Swap) 一个CAS方法包含三个参数CAS(V,E,N).V表示 ...

  7. JUC源码学习笔记4——原子类,CAS,Volatile内存屏障,缓存伪共享与UnSafe相关方法

    JUC源码学习笔记4--原子类,CAS,Volatile内存屏障,缓存伪共享与UnSafe相关方法 volatile的原理和内存屏障参考<Java并发编程的艺术> 原子类源码基于JDK8 ...

  8. 什么是CAS机制?(转)

    围绕下面四个点展开叙述: 一:什么是CAS机制? 二:Java当中CAS的底层实现 三:CAS的ABA问题和解决方法 四:java8对CAS的优化 一:什么是CAS机制? 我们先看一段代码: 启动两个 ...

  9. CAS无锁技术

    前言:关于同步,很多人都知道synchronized,Reentrantlock等加锁技术,这种方式也很好理解,是在线程访问的临界区资源上建立一个阻塞机制,需要线程等待 其它线程释放了锁,它才能运行. ...

随机推荐

  1. 深入浅出: Java回调机制(异步)

    一.什么是回调 回调,回调.要先有调用,才有调用者和被调用者之间的回调.所以在百度百科中是这样的: 软件模块之间总是存在着一定的接口,从调用方式上,可以把他们分为三类:同步调用.回调和异步调用. 回调 ...

  2. Linux进程管理、任务管理

    查看进程 Linux中的进程可以使用ps.pstree命令查看. 一般使用 ps aux (注意,没有短划线-:虽然加上不影响执行,只是会提示),还可以使用 ps -le,都是查看所有进程,区别在于显 ...

  3. RTMP协议中文翻译(首发)(转)

    Adobe公司的实时消息传输协议 摘要 此备忘录描述了 Adobe公司的实时消息传输协议(RTMP),此协议从属于应用层,被设计用来在适合的传输协议(如TCP)上复用和打包多媒体传输流(如音频.视频和 ...

  4. 主机使用代理上网,虚拟机Linux如何连外网

    VMware虚拟机的三种联网方法及原理 一.Brigde--桥接  :默认使用VMnet0 1.原理: Bridge  桥"就是一个主机,这个机器拥有两块网卡,分别处于两个局域网中,同时在& ...

  5. C# 网络与Cmd命令

    网络命令行: 1 - ping 2 - ipconfig 本机网络配置情况 3 - net 4 - arp  网络网卡物理/ip地址对应用 5 - tracert 列举数据报到达目标地所经过的网关 6 ...

  6. C# this和base的使用

    namespace THISORBASE { //参考地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_7300c7d90100rs20.html /*这个时候,派生类和基类的_st ...

  7. 利用chrome的profiler查找js的memory leak

    1. 首先要固定一个测试环境.具体来说,选择某一个可以重复的操作,作为标准的测试动作. 2. 刷新浏览器后用profiler抓下heap snapshot. 3. 进行操作,再一次抓下snapshot ...

  8. 用Asp.net写自己的服务框架

    阅读目录 开始 理解Asp.net管线 HttpHandler HttpModule 关于Content-Encoding的解释 选 HttpHandler 还是 HttpModule ? 看不见的性 ...

  9. webform 之LINQde 简单操作

    LinQ: LinQ to Sql类它是一个集成化的数据访问类,微软将原本需要我们自己动手去编写的一些代码,集成到了这个类中,会自动生成. 数据库数据访问,能大大减少代码量. 那就是代码量减少 EF框 ...

  10. 解决 IE 6/7 中console对象兼容性问题

    话不多说,直接上代码 (function (){ //创建空console对象,避免JS报错 if(!window.console) window.console = {}; var console ...