目錄
1.前言
2.正文
2.1CAS概念
2.2CAS兩種用途
2.2.1實現原子類
2.2.2實現自旋鎖
2.3缺陷：ABA問題
2.4JUC組件
2.4.1Callable接口
2.4.2ReentrantLock（與synchronized對比）
2.4.3Semaphore信號量
2.4.4CountDownLatch
3.小結
1.前言
哈嘍大家好吖，不知不覺多線程這一塊大骨頭終于快要啃完了，今天給大家分享的是CAS以及JUC相關組件，那么廢話不多說讓我們開始吧。
2.正文
2.1CAS概念
核心思想：無所并發控制
CAS（Compare And Swap）是一種基于樂觀鎖的無鎖并發控制技術。其核心邏輯可以概括為：“我認為當前值應該是A，如果是，則更新為B；否則放棄或重試”。整個過程由硬件保證原子性，無需傳統鎖機制。
通俗來說
假設你和同事協同編輯一份共享文檔，每次保存時系統會檢查：
當前內容是否和你打開時的版本一致（預期值比對）。
如果一致，允許保存；否則提示“內容已變更，請重新編輯”。
這個過程就是CAS的核心思想——樂觀鎖：先操作，沖突時重試，而非直接加鎖阻塞。
CAS操作的偽代碼可以拆解為以下步驟，幫助理解其原子性本質：
// 偽代碼：CAS操作的邏輯分解
public boolean compareAndSwap(MemoryAddress addr, int expectedValue, int newValue) {// 1. 讀取內存當前值int currentValue = *addr; // 2. 比較當前值與預期值if (currentValue != expectedValue) {return false; // 值已被其他線程修改，操作失敗}// 3. 若值未變，執行原子性更新*addr = newValue;return true;
}2.2CAS兩種用途
2.2.1實現原子類
針對原子類，++--這樣的操作是原子的，基于CAS實現，不涉及到加鎖。
傳統實現：
private int count = 0;
public synchronized void increment() { count++;
} 進階實現： （使用Java提供的原子類）
AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
public void increment() { int oldValue, newValue; do { oldValue = count.get(); newValue = oldValue + 1; } while (!count.compareAndSet(oldValue, newValue)); // CAS自旋
} 2.2.2實現自旋鎖
先回顧一個上篇文章的概念：自旋鎖是線程通過循環（自旋）不斷嘗試獲取鎖，而非立即阻塞。適用于鎖持有時間極短的場景。
代碼實現：
public class CASSpinLock { private AtomicBoolean locked = new AtomicBoolean(false); // 獲取鎖 public void lock() { while (!locked.compareAndSet(false, true)) { // 自旋：直到成功將locked從false改為true } } // 釋放鎖 public void unlock() { locked.set(false); }
}
線程競爭不激烈時（如短任務），自旋鎖比系統鎖（如
synchronized）更高效。缺點：長時間自旋會浪費CPU資源（需根據場景權衡）。
2.3缺陷：ABA問題
ABA問題場景
-
線程1讀取變量值為
A。 -
線程2將值改為
B，隨后又改回A。 -
線程1執行CAS操作，發現當前值仍是
A，誤認為未被修改過，操作成功。
通俗理解：
你看到自己的水杯是滿的（A），去接水時離開了一會兒。
期間別人喝光水（A→B）又倒滿（B→A）。
你回來后以為水沒被喝過，直接喝下（可能喝到別人的水！）。
這里在實際場景中就是非常嚴重的線程安全的問題了。
解決方案：?
?
1. 版本號標記（AtomicStampedReference）
為值附加一個版本號（類似“修改次數”），CAS時同時校驗值和版本號。AtomicStampedReference<String> ref = new AtomicStampedReference<>("A", 0); // 線程1讀取值和版本號 int stamp = ref.getStamp(); String oldValue = ref.getReference(); // 線程2修改值并更新版本號 ref.compareAndSet("A", "B", stamp, stamp + 1); ref.compareAndSet("B", "A", stamp + 1, stamp + 2); // 線程1嘗試修改：雖然值還是A，但版本號已變，操作失敗！ boolean success = ref.compareAndSet(oldValue, "C", stamp, stamp + 1);2. 狀態標記（AtomicMarkableReference）
用布爾值標記是否被修改過（簡化版版本號）。
2.4JUC組件
2.4.1Callable接口
官方解析：Callable (Java SE 17 & JDK 17)
Callable?是 Java 并發包（JUC）中定義的接口，類似于?Runnable，但允許線程執行任務后返回結果，并可以拋出異常。與?
Runnable?的區別：
Runnable?的?run()?沒有返回值，Callable?的?call()?可以返回泛型結果。
call()?可以拋出受檢異常，run()?不能。
具體案例（異步運算1加到100）：
Callable<Integer> task = () -> {int sum = 0;for (int i = 1; i <= 100; i++) sum += i;return sum;
};
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(task);
new Thread(futureTask).start();// 主線程獲取結果
System.out.println("計算結果：" + futureTask.get()); // 輸出 5050通過?
FutureTask?包裝?Callable?任務，啟動線程執行后，主線程通過?futureTask.get()?等待結果返回，類似“異步任務+回調”模式。?
2.4.2ReentrantLock（與synchronized對比）
官方解析：ReentrantLock (Java SE 17 & JDK 17)
ReentrantLock?是 JUC 提供的顯式鎖，支持可重入性、可中斷鎖、公平鎖等特性。
| 特性 | synchronized | ReentrantLock |
|---|---|---|
| 鎖獲取方式 | 隱式（JVM 管理） | 顯式（代碼手動加鎖/解鎖） |
| 可中斷 | 不支持 | 支持?lockInterruptibly() |
| 公平鎖 | 不支持 | 支持（構造函數指定） |
| 條件變量（Condition） | 無 | 支持（newCondition()） |
?案例：
class BankAccount {private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();private int balance = 100;void transfer(BankAccount target, int amount) {lock.lock();try {if (this.balance >= amount) {this.balance -= amount;target.balance += amount;}} finally {lock.unlock(); // 必須手動釋放鎖}}
}
synchronized?的等價實現是在方法簽名加?synchronized?關鍵字，但?ReentrantLock?更靈活：
可設置超時時間（
tryLock(1, TimeUnit.SECONDS)）。公平鎖減少線程饑餓問題。
2.4.3Semaphore信號量
官方解析：Semaphore (Java SE 17 & JDK 17)
Semaphore?用于控制同時訪問某個資源的線程數量，類似“許可證發放”。
核心方法：
acquire()：獲取許可證（若無可用則阻塞）。
release()：釋放許可證。
?案例：（模擬停車場）
Semaphore semaphore = new Semaphore(3); // 3 個許可證Runnable parkAction = () -> {try {semaphore.acquire(); // 獲取車位System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 停入車位");Thread.sleep(2000); // 停車 2 秒} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();} finally {semaphore.release(); // 釋放車位System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 離開車位");}
};// 啟動 5 輛車嘗試停車
for (int i = 0; i < 5; i++) {new Thread(parkAction).start();
}
2.4.4CountDownLatch
官方解析：CountDownLatch (Java SE 17 & JDK 17)
CountDownLatch?是一個同步工具，允許一個或多個線程等待其他線程完成操作。
核心方法：
countDown()：計數器減 1。
await()：阻塞直到計數器歸零。?
public static void main(String[] args) {CountDownLatch latch = new CountDownLatch(3); // 需要等待 3 個任務// 資源加載任務Runnable loadTask = () -> {try {Thread.sleep((long) (Math.random() * 2000));System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 加載完成");latch.countDown();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}};// 啟動 3 個資源加載線程new Thread(loadTask, "地圖").start();new Thread(loadTask, "音效").start();new Thread(loadTask, "UI").start();// 主線程等待所有資源加載完成try {latch.await();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("所有資源加載完成，開始游戲！");}
3.小結
今天的分享到這里就結束了，喜歡的小伙伴點點贊點點關注，你的支持就是對我最大的鼓勵，大家加油！
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