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java - 比较和设置操作Java

问题描述

我正在学习java中的多线程。

我有一堂课

public class CASCount<T> {
    private final AtomicReference<Integer> count = new AtomicReference<>(0);
    
    public int get() {
        return count.get();
    }
}

并且有一个增量方法：

    public void increment() {
        int t;
        do {
            t = count.get();
        }
        while (!count.compareAndSet(t, t + 1));
    }

可以这样简化：

    public void increment() {
        int t;
        while (!count.compareAndSet(t = count.get(), t + 1));
    }

或像这样：

public void increment() {
        while (!count.compareAndSet(count.get(), count.get() +1));
    }

有人告诉我不能，因为其他线程可以更改方法内的数据。但是，据我所知，Compare and Set(CAS) 是原子操作，如果第一个 get() 返回 0，第二个 get() 返回 1，则 CAS 操作无法更改计数器，因为如果 get() 返回 1 ，这意味着数据已经改变了。

我的问题是，如果 CAS 是原子的，为什么我不能执行上述操作，为什么不建议这样做？

标签： javamultithreadingthread-safety

解决方案

第一次重写是正确的。此版本以与原始版本相同的顺序执行相同的操作。由于代码是等价的，并且原件是正确的，所以重写也是如此。

第二次重写需要更深入的分析。在下文中，T1、T2、T3 等表示不同的线程。（我忽略了正在进行的装箱和拆箱，因为我很确定这对分析没有任何影响。）

让我们从线程只调用increment方法的情况开始；即计数器只会增加。increment如果 T1 在 T1在第一次调用之间get()和调用之前调用时设法增加计数器compareAndSet()，那么compareAndSet(i1, i2)将（总是）看到该i1值与当前值不同。因此它不会执行“设置”。get()第二次调用可能返回与第一次不同的值这一事实没有实际意义。在这种情况下，第二次重写是正确的。

但是，如果还有decrement这样编码的方法怎么办：

public void decrement() {
    int t;
    while (!count.compareAndSet(count.get(), count.get() - 1));
}

并假设 T1 和 T2 调用increment和 T3decrement同时调用具有以下操作的交错

T1:  getCount() -> 0
T2:  getCount() -> 0, getCount() -> 0, compareAndSet(0, 0 + 1) -> true, 1
T1:  getCount() -> 1,
T3:  getCount() -> 1, getCount() -> 1, compareAndSet(1, 1 - 1) -> true, 0
T1:  compareAndSet(0, 1 + 1) -> true, 2

而且我们已经失去了T3的减量效果！

换句话说，如果我们不能假设值计数器是单调递增的，那么第二次重写是不正确的。

我的问题是，如果 CAS 是原子的，为什么我不能执行上述操作。

在某些用例中，其中一种重写是不正确的；看上面

为什么不建议这样做？

三个原因：

  1. 如果它没有损坏，请不要修复它。
  2. 如果你重写了一个著名的并发算法，那么你有责任证明重写是正确的。证明正确性通常比证明不正确性更难（就像我在上面所做的那样）。
  3. 在这种情况下，您调用getCount()两次来保存局部变量。额外的调用会影响性能。get并且由于（第一次）调用和之间的时间间隔compareAndSet较大，循环的概率增加。

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