无锁 CAS 混淆

Question

嘿伙计们，
我正在阅读这些所谓的非阻塞技术，但我有一些疑问：

1）无锁操作是使用原子操作执行的，现在这些原子操作是什么？我的意思是在某种程度上他们也需要有锁，对吗？那么这种无锁方法是否只为我们提供更细粒度的锁定？
2）他们说非阻塞列表，现在非阻塞列表应该是什么：如果多个线程同时插入，那么只有一个线程会成功，另一个线程会做一些其他工作，对吧？，但是如果其他线程除了插入节点之外别无选择，那为什么它是非阻塞的呢？在前一个完成之前它不会被阻止吗？
3）在java中，它们如何进行原子操作？他们不做类似 synchronized boolean ..... 的事情吗？ 那么既然它们正在获取锁，即同步部分，那么它是如何无锁的呢？ 4）CAS通常用来实现原子操作。那么 cas 不是只允许对同一对象进行一项操作，并阻止（阻止）其他想要对同一对象进行操作的操作吗？ 抱歉有这么多疑问... 请澄清...

编辑 当我有一个结构需要更新时会发生什么？硬件也支持吗？不正确，那么语言不会在某种程度上获取锁以使这些结构操作原子化吗？
关于JAVA：有 AtomicReference 和 AtomicReferenceFieldUpdater 类，它们提供对对象（结构或任何类型的对象）的更新，那么我们可以在性能（即速度）方面比较它们吗？两者都使用 Unsafe 类，而 Unsafe 类则使用 Native 类。

Answer 1

这是 AtomicInteger 中的一个简单的无锁方法，

public final int getAndIncrement() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return current;
    }
}

您可以看到它获取值、递增它并执行比较和交换。如果compareAndSwap没有找到期望的值，则意味着另一个线程已经更改了该值。因此它会一次又一次地尝试，直到所有其他尝试更改该值的线程都已完成此操作。这是无锁的，因为没有使用锁，但不是无阻塞的，因为它可能必须多次重试（这种情况很少见）（非常罕见）

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1）无锁操作是使用原子操作来执行的，那么这些原子操作是什么？我的意思是在某种程度上他们也需要有锁，对吗？那么这种无锁方法是否只能为我们提供更细粒度的锁定？

然而，锁是使用更原始的操作来实现的。否则你将需要一个锁来实现一个令人厌恶的锁。无锁方法使用原子操作来避免完全锁定。

2）他们说非阻塞列表，现在非阻塞列表应该是什么：如果多个线程同时插入，只有一个线程会成功，另一个线程会做一些其他工作，对吗？ ,

如果它线程安全，他们都应该成功，一次一个。

但是如果其他线程除了插入节点之外别无选择，那么它为什么是非阻塞的呢？

术语是“并发”。它仍然必须等待另一个线程完成，它使用无锁方法来执行此操作。

在前一个完成之前它不会被阻止吗？

是的。

3）在java中，它们如何进行原子操作？

有一个调用本机方法来执行原子操作。通过阅读代码你可以看到这一点。 ;) 从生成的本机代码来看，这些本机方法被转换为机器代码指令以提高性能（而不是真正的方法调用）

他们不做类似同步布尔值的事情吗......那么既然他们正在获取锁，即同步部分，那么它是如何无锁的？

不，如果您阅读代码，您会发现事实并非如此。

4) CAS通常用来实现原子操作。所以cas不允许同一个对象上只发生一个操作，

不可以。

并阻止（阻止）其他想要对同一对象进行操作的人？

不。

再说一次，如果你看看它是如何使用的，它可能会更有意义。

Answer 2

1）无锁操作是使用原子操作来执行的，那么这些原子操作是什么？

例如，递增计数器包括

1. 读取当前值、
2. 递增存储器中的值、
3. 写回更新的值。

原子性意味着这些都作为一个单一的、不可中断的变化发生。

我的意思是在某种程度上他们也需要有锁，对吗？

错误的。 CAS 背后的基本思想是执行上面的前两个步骤，然后在第三步之前，检查值是否在中间发生更改，如果更改则失败。然后可以稍后使用新值重试更改。

不涉及经典锁定，因为这 3 个步骤本身都是原子的。现代处理器支持第三个（比较和交换）操作，因此您可能会说它涉及寄存器级别的某种锁定（坦率地说，我不知道它到底是如何实现的） ），但无论如何，这与 Java 中锁定的一般含义不同。

CAS 的好处是提高了性能，因为即使当前 JVM 中的锁定性能有所提高，CAS 仍然更便宜，特别是在发生争用的情况下（即，当多个线程在操作上发生冲突时）。在这种情况下，使用锁，一个或多个线程被挂起，并将一个新线程带入上下文，即使不涉及交换内存，这也是一项非常昂贵的操作。

2）他们说非阻塞列表，现在非阻塞列表应该是什么

在这里您可能会混淆两个不同的术语。非阻塞列表是在插入/删除时不阻塞的列表，这通常意味着其大小不受限制（例如 CopyOnWriteArrayList）。将此与例如阻塞队列（例如ArrayBlockingQueue），它具有固定的最大大小，达到其大小限制后，其他插入调用将被阻止，直到有更多空间可用（在其他线程从队列中删除元素之后）。

使用无锁算法实现线程安全的集合（例如 ConcurrentHashMap) 与非阻塞集合不同。