关于java:Offer快到碗里来囊中之物CAS

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微信公众号：大黄奔跑
关注我，可理解更多乏味的面试相干问题。

写在之前

Hello，大家好，我是只会写 HelloWorld 的程序员大黄。

明天是 2020 最初一天，这应该是往年的最初一条推文。《时代周刊》将往年评为“2020 是最蹩脚一年”，纵是事实千疮百孔，生存还是持续向前。借着最初一条推送祝大家新年快乐，找工作的同学如愿找到现实的工作。

前篇文章咱们回顾了什么是 volatile 关键字，曾经从是什么、为什么、有什么用等三个方面开展，如果还有什么不懂的能够私我，交换交换。

明天是 Java 并发编程知识点面试串讲第二弹——CAS。

对于并发编程一些源码和深层次的剖析曾经举不胜举，大黄想要从面试角度与大家交换该如何答复 CAS 知识点，次要的目标是让大家相熟知识点、并且在面试那么短时间内答复好面试官的问题，从而顺利拿到 Offer。

面试问题概览

依照国际惯例，大黄会先整顿一些真正面试中对于 CAS 被问到的问题，次要目标是想让大家理解，这类问题面试官会如何问。做到 “ 胸中有丘壑、下笔如有神 ”。

能够先看看这些面试题目，当初心中想想，如果当面试中真的遇到这些题目，该如何答复呢？

1.CAS 原理说一下【阿里巴巴一面（大黄年老时校招亲身经历）】
2. 乐观锁 CAS、乐观锁 synchronized 和 ReentrantLock、实现原理以及区别【阿里巴巴】
3.CAS 有什么问题，如何解决呢【美团、滴滴】
4.CAS 具体怎么实现【快手、滴滴】
5.CAS 操作和锁哪个效率更高，在任何状况下都是 CAS 更快吗？【字节跳动】
6. 对于 CAS 谈谈你的认识【拼多多】

CAS原理真的是各个公司面试中曾经成为了必考的面试题目。这种题目既有区分度、又有深度，答复好了实现成为 offer 收割机。本篇文章想让大家当前面对 CAS 问题时，丝毫不慌，称为送分题。

面试回顾

前半场面试下来，面试官根底题也考查的差不多了，顺其自然的提到了锁，个别提到了锁的时候，面试官必定不会走马观花的考查，这里的面试内容泛滥，如是顺其自然有了以下对话：

面试官：大黄同学是吧，之前有理解过 Java 中的锁机制吗？

大黄：面试官您好，之前对这块有一些理解，目前我所晓得的锁有几种，比方乐观锁（比方用synchronized、ReentrantLock），乐观锁、互斥锁等等。

大黄心想，哈哈哈，终于考到了我之前好好筹备过的synchronized、ReentrantLock，看我如何与面试官谈笑自若。

面试官：那你可能跟我简略说说 Java 中的乐观锁机制吗？

我擦，怎么不依照套路来呢，我还认为要问乐观锁呢，不过对于乐观锁，咱们也不慌，毕竟面试之前可是看过大黄《Offer 快到碗里来系列》啊。

大黄：对于乐观锁，是零碎一种比拟乐观的状态，认为线程中运行时大概率不会产生资源竞争的状况，因而不会运行的时候就开始获取锁，只有等到有资源竞争的时候才会获取锁，Java中个别通过 CAS 机制来解决。

面试官：能跟我简略说说什么是 CAS 吗？

大黄：
书面上的话：比拟并替换（Compare And Swap），次要是为了解决原子性问题，同时又不想利用重量级的锁。
艰深的话说：如果想更新一个值，想看看该值是否等于某个值，如果等于则更新该值。
我能够简略举一个例子：

大黄可见性 Demo 演示小插曲

public class Juc005Cas {public static void main(String[] args) {AtomicInteger integer = new AtomicInteger(10);
        // compareAndSet 如果更新胜利，则返回 true，如果更新失败，则返回 false
        System.out.println(integer.compareAndSet(10,11));
        System.out.println(integer.get());
        // 这一次数值曾经变成了 11，先比拟发现，诶，库外面不是 10，间接跳过
        System.out.println(integer.compareAndSet(10,15));   
        System.out.println(integer.get());
    }
}

上面是运行后果：
后果如下：

true
11
false
11

面试官：嗯嗯，你方才说到 CAS 次要是为了解决原子性问题，CAS为什么能够保障原子性呢？

大黄：在 CAS 底层中，通过判断内存中某个地位的值是否为预期值，如果是则更新为新的值，该比拟和赋值动作是原子的。是齐全依赖于硬件的性能，通过底层硬件实现原子的性能，该过程的执行是不容许中断的，不会造成所谓的数据不统一问题。

大黄小讲堂

咱们能够看看 CAS 底层实现逻辑：

CAS自身通过本地（native）办法来调用，该类能够间接操作底层内存的数据，Unsafe中所有的办法都是用 native 润饰，能够间接调用操作系统底层资源执行工作。

其中变量 valueOffset 示意该对象值在内存中的偏移地址，用来寻找数据的地址。

/**
 * 该办法自身是调用 unsafe 中的 compareAndSwapInt()办法
 * this 示意以后对象 
 * valueOffset 内存地址
 * expect 内存中的值
 * update 更新值
 * 
 **/
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
// unsafe.class
public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);

咳咳，小课堂下课了，面试持续。

面试官：既然 CAS 就能够解决原子性问题，那是不是能够这么说并发编程中能够不须要 synchronized 或者 ReentrantLock 了？是不是对象的原子性保障用 CAS 就够了。

个别面试官如果这么问题的话，必定是想问某个技术是否有无缺点。

大黄：不是的。因而 CAS 自身也有很多毛病。最显著的有三个毛病：

  1. 循环开销大：如果比拟的时候始终不等于预期值，则会始终循环期待，直到比拟胜利为止，该过程会给 CPU 带来较大开销。
  2. 只能保障一个共享变量的原子操作。对于多个共享变量无奈保障原子性，因为每次比拟的都是一个元素。
  3. ABA 问题。

面试官：ABA 问题？能简略解释一下吗？

大黄再次揭示，要从什么是 ABA 问题，为什么有 ABA 问题，如何解决等几方面思考。

大黄：
所谓 ABA 问题，比方数值 i = 5，A 线程原本想改成 10，在更改之前，B线程先将 i 先由 5 变成了 6，再更新成 5，然而 A 线程并不知道 i 产生过扭转，依然将 i 改成 10。只管最初的后果没有问题，然而整个过程还是不对的。

我能够写一个例子来阐明一下。

/**
 * ABA 问题复现
 **/
public class Juc005CASImprove {static AtomicReference<Integer> reference = new AtomicReference <>(100);
    public static void main(String[] args) {new Thread(()->{reference.compareAndSet(100,111);
            reference.compareAndSet(111,100);
        },"Thread One").start();
        new Thread(()->{
            try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
            // 还是能够更新胜利
            System.out.println(reference.compareAndSet(100,222)+" "+ reference.get());
        },"Thread Two").start();}
}

面试官：那如果非要用 CAS 来保障多个共享变量的原子性有方法做吗？

大黄：
有的，能够采纳 AtomicReference 来解决，能够将多个变量作为一个对象放入到 AtomicReference 中。

大黄小 demo

public class Juc005CASAbaProblem {public static void main(String[] args) {User a = new User("a",12);
        User b = new User("b",12);
        AtomicReference<User> userReference = new AtomicReference <>();
        userReference.set(a);
        System.out.println(userReference.compareAndSet(a,b) +" "+userReference.get().toString());
    }
}

面试官：方才说到的 ABA 问题，行业内有没有一些通用的做法呢？如何解决呢？

大黄：个别都是利用工夫戳作为 版本，保障每次批改的值都是举世无双的。能够将元素与版本号形成一个对象，每次保障援用的原子性。

大黄有话说：答复解决 ABA 问题的时候，顺便记得提一下数据的乐观锁也能够用版本问题解决，所谓的版本，就是每次更新数据之前，看看所批改的数据是否是预期的数据。比方有一条记录为 id = 111, age=12，想要改成 age=22。大略 sql 如下
update user set age = 22 where id = 111 and age = 12

大黄可见性 Demo 演示小插曲

public class Juc005CASImprove {static AtomicReference<Integer> reference = new AtomicReference <>(100);
    /**
     * 初始化工夫值及初始化工夫戳
     */
    static AtomicStampedReference<Integer> stampedReference = new AtomicStampedReference <>(100,1);
    public static void main(String[] args) {
        /**
         * 利用第一个线程模仿 ABA 问题
         */
        new Thread(()->{int initStamp = stampedReference.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第 0 次版本号："+initStamp);
            try {TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
            // 模仿 ABA 问题 100->101->100
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第一次版本号："+stampedReference.getStamp());
            stampedReference.compareAndSet(100,101,stampedReference.getStamp(),stampedReference.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第二次版本号："+stampedReference.getStamp());
            stampedReference.compareAndSet(101,100,stampedReference.getStamp(),stampedReference.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第三次版本号："+stampedReference.getStamp());
        },"Thread Three").start();
        /**
         * 利用另一个线程尝试批改
         */
        new Thread(()->{int initStamp = stampedReference.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"第 0 次版本号："+initStamp);
            try {TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
            Boolean result = stampedReference.compareAndSet(100,2019,initStamp,stampedReference.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"是否更新胜利,"+result);
            System.out.println(stampedReference.getReference());
        },"Thread Four").start();}
}

到这里，一个 CAS 问题，曾经和面试官差不多聊了十多分钟，原来的送命题是不是变成了送分题了。

面试官：好了，明天的面试就到这里，请问你下一场面试什么时候有工夫呢，我来安顿一下。

哈哈哈，祝贺你，到了这里面试曾经胜利拿下了，此刻要克服住心田的喜悦淡定的说到。

大黄：我这几天都有工夫的，看你们的安顿。

总结

自身次要围绕结尾的几个真正的面试题开展，简略来说，CAS是什么？为什么要有 CAS？CAS 有什么毛病？如何解决 CAS 的ABA问题。

最初大黄分享多年面试心得。面试中，面对一个问题，大略依照总分的逻辑答复即可。先间接抛出论断，而后举例论证本人的论断。肯定要第一工夫抓住面试官的心里，否则容易给人抓不着重点或者不着边际的印象。

番外

另外，关注大黄奔跑公众号，第一工夫播种独家整顿的面试实战记录及面试知识点总结。

我是大黄，一个只会写 HelloWorld 的程序员，咱们下期见。

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正文完
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发表至： java
2020-12-31
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