CAS(Compare and Swap)无锁算法-学习笔记

这篇问题对java的CAS讲的非常透彻！

锁的代价

1. 内核态的锁的时候需要操作系统进行一次上下文切换，加锁、释放锁会导致比较多的上下文切换和调度延时，等待锁的线程会被挂起直至锁释放。在上下文切换的时候，cpu之前缓存的指令和数据都将失效，对性能有很大的损失。
2. 用户态的锁虽然避免了这些问题，但是其实它们只是在没有真实的竞争时才有效。

乐观锁与悲观锁

1. 独占锁是一种悲观锁，synchronized就是一种独占锁，它假设最坏的情况，并且只有在确保其它线程不会造成干扰的情况下执行，会导致其它所有需要锁的线程挂起，等待持有锁的线程释放锁
2. 乐观锁就是，每次不加锁而是假设没有冲突而去完成某项操作，如果因为冲突失败就重试，直到成功为止。

volatile

1. volatile变量是一和更轻量级的同步机制，因为在使用这些变量时不会发生上下文切换和线程调度等操作，但是volatile变量也存在一些局限：不能用于构建原子的复合操作，因此当一个变量依赖旧值时就不能使用volatile变量。
2. volatile只能保证变量对各个线程的可见性，但不能保证原子性。
    3. [谈谈volatile变量](http://www.cnblogs.com/lucifer1982/archive/2008/03/23/1116981.html)
    4. [为什么volatile不能保证原子性而Atomic可以？](http://www.cnblogs.com/Mainz/p/3556430.html)
    5. [你应该知道的 volatile 关键字](https://github.com/crossoverJie/Java-Interview/blob/master/MD/concurrent/volatile.md)

CAS

    1. CAS（比较与交换，Compare and swap）是一种有名的无锁算法。CAS, CPU指令，在大多数处理器架构，包括IA32、Space中采用的都是CAS指令，CAS的语义是“我认为V的值应该为A，如果是，那么将V的值更新为B，否则不修改并告诉V的值实际为多少”，CAS是项乐观锁技术，当多个线程尝试使用CAS同时更新同一个变量时，只有其中一个线程能更新变量的值，而其它线程都失败，失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次尝试。CAS有3个操作数，内存值V，旧的预期值A，要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时，将内存值V修改为B，否则什么都不做。

ConcurrentHashMap的实现原理

  1. Java5中的ConcurrentHashMap，线程安全，设计巧妙，用桶粒度的锁，避免了put和get中对整个map的锁定，尤其在get中，只对一个HashEntry做锁定操作，性能提升是显而易见的。
  2. [ConcurrentHashMap之实现细节](http://www.iteye.com/topic/344876)
  3. [探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制](https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/java-lo-concurrenthashmap/)

高并发环境下优化锁或无锁（lock-free）的设计思路

  1. 服务端编程的3大性能杀手：1、大量线程导致的线程切换开销。2、锁。3、非必要的内存拷贝。在
  2. 并发环境下要实现高吞吐量和线程安全，两个思路：一个是用优化的锁实现，一个是lock-free的无锁结构。
  3. 优化锁实现的例子：Java中的ConcurrentHashMap，设计巧妙，用桶粒度的锁和锁分离机制，避免了put和get中对整个map的锁定，尤其在get中，只对一个HashEntry做锁定操作，性能提升是显而易见的（详细分析见《探索 ConcurrentHashMap 高并发性的实现机制》）。Lock-free无锁的例子：CAS（CPU的Compare-And-Swap指令）的利用和LMAX的disruptor无锁消息队列数据结构等。有兴趣了解LMAX的disruptor无锁消息队列数据结构的可以移步slideshare。