最开始接触到相关的内容应该是从volatile关键字开始的吧，知道它可以保证变量的可见性，而且利用它可以实现读与写的原子操作。。。但是要实现一些复合的操作volatile就无能为力了。。。最典型的代表是递增和递减的操作。。。。
我们知道，在并发的环境下，要实现数据的一致性，最简单的方式就是加锁，保证同一时刻只有一个线程可以对数据进行操作。。。。例如一个计数器，我们可以用如下的方式来实现：
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public class Counter { private volatile int a = 0; public synchronized int incrAndGet(int number) { this.a += number; return a; } public synchronized int get() { return a; }} |
我们对操作都用synchronized关键字进行修饰，保证对属性a的同步访问。。。这样子确实可以保证在并发环境下a的一致性，但是由于使用了锁，锁的开销，线程的调度等等会使得程序的伸缩性受到了限制，于是就有了很多无锁的实现方式。。。。
其实这些无锁的方法都利用了处理器所提供的一些CAS（compare and switch）指令，这个CAS到底干了啥事情呢，可以用下面这个方法来说明CAS所代表的语义：
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public synchronized int compareAndSwap(int expect, int newValue) { int old = this.a; if (old == expect) { this.a = newValue; } return old; } |
好吧，通过代码应该对CAS语义的标书很清楚了吧，好像现在大多数的处理器都实现了原子的CAS指令了吧。。
好啦，那么接下来来看看在java中CAS都用在了什么地方了吧，首先来看AtomicInteger类型吧，这个是并发库里面提供的一个类型：
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private volatile int value; |
这个是内部定义的一个属性吧，用于保存值，由于是volatile类型的，所以可以保证线程之间的可见性以及读写的原子性。。。
那么接下来来看看几个比较常用的方法：
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public final int addAndGet(int delta) { for (;;) { int current = get(); int next = current + delta; if (compareAndSet(current, next)) return next; }} |
这个方法的作用是在当前值的基础上加上delta，这里可以看到整个方法中并没有加锁，这代码其实就算是java中实现无锁计数器的方法，这里compareAndSet方法的定义如下：
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public final boolean compareAndSet(int expect, int update) { return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);} |
由于调用了unsafe的方法，所以这个就无能为力了，其实应该能猜到JVM调用了处理器本身的CAS指令来实现原子的操作。。。
基本上AtomicInteger类型的重要方法都是采用无锁的方式实现的。。因此在并发环境下，用这种类型能有更好的性能。。。
上面算是搞定了在java中实现无锁的计数器，接下来来看看如何实现无锁栈，直接贴代码了，代码是从《JAVA并发编程实战》中模仿下来的：
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package concurrenttest;import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;public class ConcurrentStack<e> { AtomicReference<node<e>> top = new AtomicReference<node<e>>(); public void push(E item) { Node<e> newHead = new Node<e>(item); Node<e> oldHead; while (true) { oldHead = top.get(); newHead.next = oldHead; if (top.compareAndSet(oldHead, newHead)) { return; } } } public E pop() { while (true) { Node<e> oldHead = top.get(); if (oldHead == null) { return null; } Node<e> newHead = oldHead.next; if (top.compareAndSet(oldHead, newHead)) { return oldHead.item; } } } private static class Node<e> { public final E item; public Node<e> next; public Node(E item) { this.item = item; } }} |
好啦，上面的代码就算是实现了一个无锁的栈，简单吧。。。在并发环境中，无锁的数据结构伸缩性能够比用锁好得多。。。
在提到无锁编程的时候，就不得不提到无锁队列，其实在concurrent库中已经提供了无锁队列的实现:ConcurrentLinkedQueue，我们来看看它的重要的方法实现吧：
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public boolean offer(E e) { checkNotNull(e); final Node<e> newNode = new Node<e>(e); for (Node<e> t = tail, p = t;;) { Node<e> q = p.next; if (q == null) { // p is last node // Successful CAS is the linearization point // for e to become an element of this queue, // and for newNode to become "live". if (p != t) // hop two nodes at a time casTail(t, newNode); // Failure is OK. return true; } // Lost CAS race to another thread; re-read next } else if (p == q) // We have fallen off list. If tail is unchanged, it // will also be off-list, in which case we need to // jump to head, from which all live nodes are always // reachable. Else the new tail is a better bet. p = (t != (t = tail)) ? t : head; else // Check for tail updates after two hops. p = (p != t && t != (t = tail)) ? t : q; }} |
这个方法用于在队列的尾部添加元素，这里可以看到没有加锁，对于具体的无锁算法，采用的是Michael-Scott提出的非阻塞链表链接算法。。。具体是怎么样子的，可以到《JAVA并发编程实战》中去看吧，有比较详细的介绍。
另外对于其他方法，其实都是采用无锁的方式实现的。
最后，在实际的编程中，在并发环境中最好还是采用这些无锁的实现，毕竟它的伸缩性更好。
总结
以上是本文关于Java语言中cas指令的无锁编程实现实例的全部介绍，希望对大家有所帮助！
原文链接：https://www.2cto.com/kf/201312/261150.html
