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第一、并发编程三大个性
原子性: 指一系列操作是不可分割的，一旦执行则整个过程将会一次性全副执行实现，不会停留在中间状态。（有点相似于事务的概念）。
举例：例如 A 向 B 汇款 1000 元，那么就须要有两个操作，一个是 A 账户减 1000 元，另一个是 B 账户减少 1000 元，如果这个过程中任何一个操作呈现故障，都是不合乎规矩的也是不能保障汇款人和收款人的财产平安。换句话说，如果想要保障每次转账都不会造成单方任何一方的财产损失，咱们必须要保障操作的原子性。要么都做，要么都不做。
可见性: 多个线程拜访同一共享数据的时候，如果某一个线程批改了此共享数据，那么其余线程可能立刻看到此数据的扭转。即批改可见。
有序性: 代码执行时的程序与语句程序统一。也就是说执行前不重排。指令重排序不会影响单个线程的执行，然而会影响到线程并发执行的正确性
要想并发程序正确地执行，必须要保障原子性、可见性以及有序性。只有有一个没有被保障，就有可能会导致程序运行不正确。
第二、CAS
定义一个账户接口：Account .java
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
/**
* 定义一个账户接口
* @author shixiangcheng
* 2019-12-17
*/
public interface Account {
// 获取余额
Integer getBalance();
// 取款
void withdraw(Integer amount);
// 办法内启动 1000 个线程，每个线程做 -10 元的操作。若初始余额为 10000，那么正确后果该当为 0
static void demo(Account account) {List<Thread> ts=new ArrayList<Thread> ();
long start=System.currentTimeMillis();
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();
}
});
long end=System.currentTimeMillis();
System.out.println(account.getBalance()+"cost:"+(end-start)+"ms");
}
}
2. 接口实现类 AccountImpl.java
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
/**
* 接口实现类
* @author shixiangcheng
* 2019-12-17
*/
public class AccountImpl implements Account {
private AtomicInteger balance;// 账户余额
public AccountImpl(int balance) {// 通过构造方法给一个默认的余额
this.balance = new AtomicInteger(balance);
}
@Override
public Integer getBalance() {return balance.get();
}
@Override
public void withdraw(Integer amount) {
// 一直尝试，直到胜利为止
while(true) {int prev=balance.get();
int next=prev-amount;
/** 比拟替换: 在 set 前先比拟 prev 和以后值?
* 不统一,next 作废,cas 返回 false 标识失败
* 统一, 以 next 设置为新值, 返回 true 标识胜利
*/
if(balance.compareAndSet(prev, next)) {break;}
}
}
}
测试类 Test.java
/**
* 测试类
* @author shixiangcheng
* 2019-12-17
*/
public class Test {public static void main(String [] args) {Account.demo(new AccountImpl(10000));
}
}
测试后果 0 cost: 131ms
总结：compareAndSet 的简称就是 CAS，它必须是原子操作。CAS 的底层是 lock cmpxchg 指令(X86 架构)，在单核 CPU 和多核 CPU 下都可能保障比拟 - 替换的原子性。在多核状态下，某个核执行到带 lock 的指令时，CPU 会让总线锁住，当这个核把此指令执行结束，再开启总线，这个过程中不会被线程的调度机制所打断，保障了多个线程对内存操作的准确性，是原子的。
第三、Volatile
/**
* 测试可见性
* @author shixiangcheng
* 2019-12-17
*/
public class TestVolatile{
static boolean run=true;
static long i=0;
public static void main(String [] args) throws InterruptedException {System.out.println("A");
Thread t=new Thread(()-> {System.out.println("1");
while(run) {i++;}
System.out.println("2");
});
t.start();
Thread.sleep(1000);
run=false;
System.out.println("B");
}
}
浏览代码揣测，程序执行后果输入：A 1 B 2，然而理论执行后执行后果：
从执行后果看，右上角还有一个红色的标识，标识代码没有执行完结。t 线程没有完结，而是始终在 while 中循环，因为其并没有感知到 run 的值曾经被批改了。也就是主线程对共享变量的批改，对其它线程不可见。这将会造成线程不平安。
java 线程内存模型如下：
每个线程有独立的工作内存 (寄存器和高速缓存合称工作内存)，为进步执行效率，线程会将数据从主存复制一份到工作内存，线程操作的是本人的工作内存，而不会间接操作主内存。如果线程对变量的操作没有刷写会主内存的话，仅仅扭转了本人的工作内存的变量的正本，那么对于其余线程来说是不可见的。而如果另一个变量没有读取主内存中的新的值，而是应用旧的值的话，同样的也能够列为不可见。对于 jvm 来说，主内存是所有线程共享的 java 堆，而工作内存中的共享变量的正本是从主内存拷贝过来的，是线程公有的局部变量，位于 java 栈中。
解决方案：static volatile boolean run=true;
在 JVM 底层 volatile 是采纳“内存屏障”来实现的。察看退出 volatile 关键字和没有退出 volatile 关键字时所生成的汇编代码发现，退出 volatile 关键字时，会多出一个 lock 前缀指令，lock 前缀指令实际上相当于一个内存屏障（也成内存栅栏），
** 内存屏障会提供 3 个性能：
1. 它确保指令重排序时不会把其前面的指令排到内存屏障之前的地位，也不会把后面的指令排到内存屏障的前面；即在执行到内存屏障这句指令时，在它后面的操作曾经全副实现；
2. 它会强制将对缓存的批改操作立刻写入主存；
- 如果是写操作，它会导致其余 CPU 中对应的缓存行有效。
第四、CAS 的特点 **
联合 CAS 和 volatile 能够实现无锁并发，实用于竞争不强烈，多核 CPU 的场景下。
CAS 是基于乐观锁的思维。
synchronized 是基于乐观锁的思维。
CAS 体现的是无锁并发，无阻塞并发。
因为没有 synchronized，所以线程不会陷入阻塞，这是效率晋升的因素之一。但如果竞争强烈，能够想到重试必然频繁产生，反而效率会受到影响。
第五、为什么无锁效率高
无锁状况下，即便重试失败，线程始终在高速运行，没有停歇，而 synchronized 会让线程在没有取得锁的时候，产生上下文切换，进入阻塞。但无锁状况下，因为线程要放弃运行，须要额定 CPU 反对，如果没有，线程高速运行也就无从谈起，尽管不会进入阻塞，但因为没有分到工夫片，依然会进入可运行状态，还是会导致上下文切换。
留神：应用 CAS 时，线程数不能够超过 CPU 的外围数。
