Java CAS 原理分析，聊一聊MySQL数据库中的那些锁
作者：互联网
`public class AtomicInteger extends Number implements java.io.Serializable {
// setup to use Unsafe.compareAndSwapInt for updates
private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe();
private static final long valueOffset;
static {
try {
// 计算变量 value 在类对象中的偏移
valueOffset = unsafe.objectFieldOffset
(AtomicInteger.class.getDeclaredField("value"));
} catch (Exception ex) { throw new Error(ex); }
}
private volatile int value;
public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
/* * compareAndSet 实际上只是一个壳子，主要的逻辑封装在 Unsafe 的 * compareAndSwapInt 方法中 */
return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}
// ......
}
public final class Unsafe {
// compareAndSwapInt 是 native 类型的方法，继续往下看
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset, int expected, int x);
// ......
}`
`// unsafe.cpp
/* * 这个看起来好像不像一个函数，不过不用担心，不是重点。UNSAFE_ENTRY 和 UNSAFE_END 都是宏， * 在预编译期间会被替换成真正的代码。下面的 jboolean、jlong 和 jint 等一些类型也都是宏： * * jni.h * typedef unsigned char jboolean; * typedef unsigned short jchar; * typedef short jshort; * typedef float jfloat; * typedef double jdouble; * * jni_md.h * typedef int jint; * #ifdef _LP64 /* 64-bit */
* typedef long jlong;
* #else
* typedef long long jlong;
* #endif
* typedef signed char jbyte;
*/
UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x))
UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt");
oop p = JNIHandles::resolve(obj);
// 根据偏移量，计算 value 的地址。这里的 offset 就是 AtomaicInteger 中的 valueOffset
jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset);
// 调用 Atomic 中的函数 cmpxchg，该函数声明于 Atomic.hpp 中
return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e;
UNSAFE_END
// atomic.cpp
unsigned Atomic::cmpxchg(unsigned int exchange_value,
volatile unsigned int* dest, unsigned int compare_value) {
assert(sizeof(unsigned int) == sizeof(jint), "more work to do");
/* * 根据操作系统类型调用不同平台下的重载函数，这个在预编译期间编译器会决定调用哪个平台下的重载 * 函数。相关的预编译逻辑如下： * * atomic.inline.hpp： * #include "runtime/atomic.hpp" * * // Linux * #ifdef TARGET_OS_ARCH_linux_x86 * # include "atomic_linux_x86.inline.hpp" * #endif * * // 省略部分代码 * * // Windows * #ifdef TARGET_OS_ARCH_windows_x86 * # include "atomic_windows_x86.inline.hpp" * #endif * * // BSD * #ifdef TARGET_OS_ARCH_bsd_x86 * # include "atomic_bsd_x86.inline.hpp" * #endif * * 接下来分析 atomic_windows_x86.inline.hpp 中的 cmpxchg 函数实现 */
return (unsigned int)Atomic::cmpxchg((jint)exchange_value, (volatile jint*)dest,
(jint)compare_value);
}`
上面的分析看起来比较多，不过主流程并不复杂。如果不纠结于代码细节，还是比较容易看懂的。接下来，我会分析 Windows 平台下的 Atomic::cmpxchg 函数。继续往下看吧。
`// atomic_windows_x86.inline.hpp
#define LOCK_IF_MP(mp) __asm cmp mp, 0 \
__asm je L0 \
__asm _emit 0xF0 \
__asm L0:
inline jint Atomic::cmpxchg (jint exchange_value, volatile jint* dest, jint compare_value) {
// alternative for InterlockedCompareExchange
int mp = os::is_MP();
__asm {
mov edx, dest
mov ecx, exchange_value
mov eax, compare_value
LOCK_IF_MP(mp)
cmpxchg dword ptr [edx], ecx
}
}`
上面的代码由 LOCK_IF_MP 预编译标识符和 cmpxchg 函数组成。为了看到更清楚一些，我们将 cmpxchg 函数中的 LOCK_IF_MP 替换为实际内容。如下：
`inline jint Atomic::cmpxchg (jint exchange_value, volatile jint* dest, jint compare_value) {
// 判断是否是多核 CPU
int mp = os::is_MP();
__asm {
// 将参数值放入寄存器中
mov edx, dest // 注意: dest 是指针类型，这里是把内存地址存入 edx 寄存器中
mov ecx, exchange_value
mov eax, compare_value
// LOCK_IF_MP
cmp mp, 0
/* * 如果 mp = 0，表明是线程运行在单核 CPU 环境下。此时 je 会跳转到 L0 标记处， * 也就是越过 _emit 0xF0 指令，直接执行 cmpxchg 指令。也就是不在下面的 cmpxchg 指令 * 前加 lock 前缀。 */
je L0
/* * 0xF0 是 lock 前缀的机器码，这里没有使用 lock，而是直接使用了机器码的形式。至于这样做的 * 原因可以参考知乎的一个回答： * https://www.zhihu.com/question/50878124/answer/123099923 */
_emit 0xF0
L0:
/* * 比较并交换。简单解释一下下面这条指令，熟悉汇编的朋友可以略过下面的解释: * cmpxchg: 即“比较并交换”指令 * dword: 全称是 double word，在 x86/x64 体系中，一个 * word = 2 byte，dword = 4 byte = 32 bit * ptr: 全称是 pointer，与前面的 dword 连起来使用，表明访问的内存单元是一个双字单元 * [edx]: [...] 表示一个内存单元，edx 是寄存器，dest 指针值存放在 edx 中。 * 那么 [edx] 表示内存地址为 dest 的内存单元 * * 这一条指令的意思就是，将 eax 寄存器中的值（compare_value）与 [edx] 双字内存单元中的值 * 进行对比，如果相同，则将 ecx 寄存器中的值（exchange_value）存入 [edx] 内存单元中。 */
cmpxchg dword ptr [edx], ecx
}
}`
到这里 CAS 的实现过程就讲完了，CAS 的实现离不开处理器的支持。以上这么多代码，其实核心代码就是一条带lock 前缀的 cmpxchg 指令，即lock cmpxchg dword ptr [edx], ecx。
4.ABA 问题
谈到 CAS，基本上都要谈一下 CAS 的 ABA 问题。CAS 由三个步骤组成，分别是“读取->比较->写回”。考虑这样一种情况，线程1和线程2同时执行 CAS 逻辑，两个线程的执行顺序如下：
-
时刻1：线程1执行读取操作，获取原值 A，然后线程被切换走
-
时刻2：线程2执行完成 CAS 操作将原值由 A 修改为 B
-
时刻3：线程2再次执行 CAS 操作，并将原值由 B 修改为 A
-
时刻4：线程1恢复运行，将比较值（compareValue）与原值（oldValue）进行比较，发现两个值相等。
最后
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整理的这些资料希望对Java开发的朋友们有所参考以及少走弯路，本文的重点是你有没有收获与成长，其余的都不重要，希望读者们能谨记这一点。
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升技能，往往是自己摸索成长，不成体系的学习效果低效漫长且无助。**
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标签：Java,CAS,value,jint,int,聊一聊,cmpxchg,edx 来源： https://blog.csdn.net/m0_60634964/article/details/120127502