java | 无锁实现临界区访问

之前我们临界区访问的时候，通常使用加锁来实现。

看这个多线程转账的例子。

package com.redisc;

import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.context.ApplicationContext;
import org.springframework.context.support.ClassPathXmlApplicationContext;

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

@Slf4j(topic = "c.Test")
public class Run {

    public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException, InstantiationException, ClassNotFoundException {
        Account account = new AccountCas(10000);
        Account.demo(account);
    }
}

class AccountCas implements Account {
    private AtomicInteger balance;

    public AccountCas(int balance) {
        this.balance = new AtomicInteger(balance);
    }

    @Override
    public Integer getBlance() {
        return balance.get();
    }

    @Override
    public void withdraw(Integer amount) {
        while (true) {
            int prev = balance.get();
            int next = prev - amount;
            if (balance.compareAndSet(prev, next)) {
                break;
            }
        }
    }
}

interface Account {
    Integer getBlance();

    void withdraw(Integer amount);

    static void demo(Account account) {
        List<Thread> ts = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            ts.add(new Thread(() -> {
                account.withdraw(10);
            }));
        }
        ts.forEach(Thread::start);
        ts.forEach(t -> {
            try {
                t.join();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });
        System.out.println(account.getBlance());
    }
}

这里面的关键点是

@Override
public void withdraw(Integer amount) {
    while (true) {
        int prev = balance.get();
        int next = prev - amount;
        // 如果设置成功，返回 true
        if (balance.compareAndSet(prev, next)) {
            break;
        }
    }
}

最主要的方法是 compareAndSet，它的简称就是 CAS，它必须是原子操作。

其原理为

图中，线程1 记录了 cas(100,90) 就是它之前的数据是 100，现在要改成 90，但是，线程2 在 cas 执行之前已经修改为 90 了，和之前的数据不一样了。所以，cas(100,90) 修改失败。

因为，每次 cas 都需要获取最新的值，所以，为了保证变量的可见性，需要使用 volatile 修饰。