1.编程「锁」事｜详解乐观锁 CAS 的技术原理
2.Java 中的 CAS
3.java并发原子类AtomicBoolean解析
4.线程池执行过程中遇到异常会发生什么？怎样处理？

编程「锁」事｜详解乐观锁 CAS 的技术原理

       本文深入探讨乐观锁的核心实现方式——CAS（Compare And Swap）技术原理。CAS是一种在多线程环境下实现同步功能的机制，相较于悲观锁的加锁操作，CAS允许在不使用锁的情况下实现多线程间的变量同步。Java的并发包中的原子类正是利用CAS实现乐观锁。

       CAS操作包含三个操作数：需要更新的读源码必要内存值V、进行比较的预期数值A和要写入的值B。其逻辑是将内存值V与预期值A进行比较，当且仅当V值等于A时，通过原子方式用新值B更新V值（“比较+更新”整体是一个原子操作），否则不执行任何操作。一般情况下，更新操作会不断重试直至成功。

       以Java.util.concurrent.atomic并发包下的AtomicInteger原子整型类为例，分析其CAS底层实现机制。方法`atomicData.incrementAndGet()`内部通过Unsafe类实现。Unsafe类是底层硬件CPU指令复制工具类，关键在于compareAndSet（）方法的返回结果。

       `unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update)`

       此方法中，参数`this`是Unsafe对象本身，用于获取value的细软 接口 源码内存偏移地址。`valueOffset`是value变量的内存偏移地址，`expect`是期望更新的值，`update`是要更新的最新值。如果原子变量中的value值等于`expect`，则使用`update`值更新该值并返回true，否则返回false。

       至于`valueOffset`的来源，这里提到value实际上是volatile关键字修饰的变量，以保证在多线程环境下的内存可见性。

       CAS的底层是Unsafe类。如何通过`Unsafe.getUnsafe()`方法获得Unsafe类的实例？这是因为AtomicInteger类在rt.jar包下，因此通过Bootstrap根类加载器加载。Unsafe类的具体实现可以在hotspot源码中找到，而unsafe.cpp中的C++代码不在本文详细分析范围内。对CAS实现感兴趣的读者可以自行查阅。

       CAS底层的Unsafe类在多处理器上运行时，为cmpxchg指令添加lock前缀（lock cmpxchg），在单处理器上则无需此步骤（单处理器自身维护单处理器内的顺序一致性）。这一机制确保了CAS操作的原子性。

       最后，搞笑html源码同学们会发现CAS的操作与原子性密切相关。CPU如何实现原子性操作是一个深入的话题，有机会可以继续探索。欢迎在评论区讨论，避免出现BUG！点赞转发不脱发！

Java 中的 CAS

       正文内容：CAS 在 Java 中的应用与实现

       一、CAS 原理

       CAS，全称 Compare And Swap，中文译为“比较并交换”。其核心操作涉及三个步骤：比较内存中的原数据V与旧的预期值A，如果相等，则将新值B写入V，同时返回操作成功信号。在并发环境下，多个线程同时操作，仅允许一个线程成功操作，但不会阻塞其他线程，实现了一种乐观锁机制。

       二、商城网络源码CAS 实现

       在 Java 中，CAS 操作主要通过 Unsafe 类实现。Unsafe 类基于 Java 类与包可见性的漏洞，提供了一种不安全的实现方式，以实现高速操作。通过 Native 方法 compareAndSwapInt，CAS 操作被调用，最终实现于 JVM 的底层代码中。

       三、CAS 应用

       1. 自旋锁：在锁操作中，线程不断循环等待，直到 CAS 操作成功，实现非阻塞锁机制。

       2. AtomicInteger 的 incrementAndGet()：在原子整数操作中，通过不断循环执行 CAS 操作，实现原子递增。

       3. 令牌桶限流器：通过 CAS 保证多线程环境下对 token 的安全增加和分发，防止并发冲突。

       四、总结与应用

       CAS 思想贯穿计算机底层实现和编程语言设计，红包 扫雷 源码从微观层面实现原子操作，到宏观层面应用于分布式系统中的锁机制。其应用广泛，不仅在多线程编程中用于实现非阻塞操作，还能在分布式系统中利用 Redis 等外部存储实现分布式锁。

       五、CAS 缺点与局限性

       尽管 CAS 提供了高效的并发控制机制，但也存在一些局限性，如频繁的自旋操作可能导致 CPU 使用率过高，以及在极端情况下可能出现无限循环问题。因此，在实际应用中，开发者需根据具体场景和需求，合理选择并发控制策略。

       六、学习建议与思考

       深入理解 CAS 的原理与实现，有助于提升多线程编程能力，理解并发控制的底层机制。同时，结合具体应用场景分析 CAS 的优缺点，能够更好地选择合适的并发控制策略，避免过度依赖新技术。在追求技术进步的同时，反思基础与经典的价值，往往能获得更大的技术提升。

java并发原子类AtomicBoolean解析

       本文针对Java并发包下的原子类AtomicBoolean进行深入解析。在多线程环境中，传统的布尔变量`boolean`并非线程安全，容易导致数据竞争问题。为解决这一问题，引入了AtomicBoolean类，该类提供了一种线程安全的布尔值封装。

       使用`AtomicBoolean`的主要原因在于其提供的原子操作保证了多线程环境下的线程安全。在`AtomicBoolean`内部实现中，主要依赖于`compareAndSet`方法和CAS（Compare and Swap）机制。通过CAS操作，`AtomicBoolean`能够在多线程环境下实现原子的更新操作，有效避免了数据竞争和并发问题。

       在`AtomicBoolean`的源码中，`compareAndSet`方法使用了`Unsafe`类的`compareAndSwapInt`方法进行底层操作。CAS机制的核心思想是：在不进行锁操作的情况下，检查指定内存位置的预期值是否与当前值相等，若相等，则更新该位置的值为预期值；若不相等，则操作失败，返回原值。

       为了理解这一机制，我们可以通过一个简单例子进行说明。假设我们希望在多线程环境下实现一个“先来后到”的规则，例如：一个人完成起床、上班和下班三件事后，另一个人才能开始。在单线程下，这一逻辑自然无问题，但在多线程环境下，`AtomicBoolean`可以确保这一顺序得到实现。

       在实际应用中，`AtomicBoolean`类提供了丰富的原子操作方法，包括但不限于`compareAndSet`、`getAndSet`、`compareAndExchange`等。这些方法允许开发人员在多线程环境下安全地执行原子操作，简化了多线程编程的复杂性。

       总结而言，`AtomicBoolean`是一个在Java并发编程中非常实用的工具类，它通过原子操作保证了多线程环境下的线程安全。对于开发者而言，掌握`AtomicBoolean`的使用方法和原理，可以有效避免数据竞争问题，提升程序的并发性能和稳定性。

线程池执行过程中遇到异常会发生什么？怎样处理？

       线程遇到未处理的异常就结束了

       这个好理解，当线程出现未捕获异常的时候就执行不下去了，留给它的就是垃圾回收了。

线程池中线程频繁出现未捕获异常

       当线程池中线程频繁出现未捕获的异常，那线程的复用率就大大降低了，需要不断地创建新线程。

       做个实验：

publicclassThreadExecutor{ privateThreadPoolExecutorthreadPoolExecutor=newThreadPoolExecutor(1,1,,TimeUnit.SECONDS,newArrayBlockingQueue<>(),newThreadFactoryBuilder().setNameFormat("customThread%d").build());@Testpublicvoidtest(){ IntStream.rangeClosed(1,5).forEach(i->{ try{ Thread.sleep();}catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace();}threadPoolExecutor.execute(()->{ intj=1/0;});});}}

       新建一个只有一个线程的线程池，每隔0.1s提交一个任务，任务中是一个1/0的计算。

Exceptioninthread"customThread0"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread1"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread2"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread3"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread4"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread5"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)

       可见每次执行的线程都不一样，之前的线程都没有复用。原因是因为出现了未捕获的异常。

       我们把异常捕获试试：

publicclassThreadExecutor{ privateThreadPoolExecutorthreadPoolExecutor=newThreadPoolExecutor(1,1,,TimeUnit.SECONDS,newArrayBlockingQueue<>(),newThreadFactoryBuilder().setNameFormat("customThread%d").build());@Testpublicvoidtest(){ IntStream.rangeClosed(1,5).forEach(i->{ try{ Thread.sleep();}catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace();}threadPoolExecutor.execute(()->{ try{ intj=1/0;}catch(Exceptione){ System.out.println(Thread.currentThread().getName()+""+e.getMessage());}});});}}customThread0/byzerocustomThread0/byzerocustomThread0/byzerocustomThread0/byzerocustomThread0/byzero

       可见当异常捕获了，线程就可以复用了。

问题来了，我们的代码中异常不可能全部捕获

       如果要捕获那些没被业务代码捕获的异常，可以设置Thread类的uncaughtExceptionHandler属性。这时使用ThreadFactoryBuilder会比较方便，ThreadFactoryBuilder是guava提供的ThreadFactory生成器。

newThreadFactoryBuilder().setNameFormat("customThread%d").setUncaughtExceptionHandler((t,e)->System.out.println(t.getName()+"发生异常"+e.getCause())).build()

       修改之后：

publicclassThreadExecutor{ privatestaticThreadPoolExecutorthreadPoolExecutor=newThreadPoolExecutor(1,1,,TimeUnit.SECONDS,newArrayBlockingQueue<>(),newThreadFactoryBuilder().setNameFormat("customThread%d").setUncaughtExceptionHandler((t,e)->System.out.println("UncaughtExceptionHandler捕获到："+t.getName()+"发生异常"+e.getMessage())).build());@Testpublicvoidtest(){ IntStream.rangeClosed(1,5).forEach(i->{ try{ Thread.sleep();}catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace();}threadPoolExecutor.execute(()->{ System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行");intj=1/0;});});}}线程customThread0执行UncaughtExceptionHandler捕获到：customThread0发生异常/byzero线程customThread1执行UncaughtExceptionHandler捕获到：customThread1发生异常/byzero线程customThread2执行UncaughtExceptionHandler捕获到：customThread2发生异常/byzero线程customThread3执行UncaughtExceptionHandler捕获到：customThread3发生异常/byzero线程customThread4执行UncaughtExceptionHandler捕获到：customThread4发生异常/byzero

       可见，结果并不是我们想象的那样，线程池中原有的线程没有复用！所以通过UncaughtExceptionHandler想将异常吞掉使线程复用这招貌似行不通。它只是做了一层异常的保底处理。

       将excute改成submit试试

publicclassThreadExecutor{ privatestaticThreadPoolExecutorthreadPoolExecutor=newThreadPoolExecutor(1,1,,TimeUnit.SECONDS,newArrayBlockingQueue<>(),newThreadFactoryBuilder().setNameFormat("customThread%d").setUncaughtExceptionHandler((t,e)->System.out.println("UncaughtExceptionHandler捕获到："+t.getName()+"发生异常"+e.getMessage())).build());@Testpublicvoidtest(){ IntStream.rangeClosed(1,5).forEach(i->{ try{ Thread.sleep();}catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace();}Future<?>future=threadPoolExecutor.submit(()->{ System.out.println("线程"+Thread.currentThread().getName()+"执行");intj=1/0;});try{ future.get();}catch(InterruptedExceptione){ e.printStackTrace();}catch(ExecutionExceptione){ e.printStackTrace();}});}}线程customThread0执行java.util.concurrent.ExecutionException:java.lang.ArithmeticException:/byzero线程customThread0执行java.util.concurrent.ExecutionException:java.lang.ArithmeticException:/byzero线程customThread0执行java.util.concurrent.ExecutionException:java.lang.ArithmeticException:/byzero线程customThread0执行java.util.concurrent.ExecutionException:java.lang.ArithmeticException:/byzero线程customThread0执行java.util.concurrent.ExecutionException:java.lang.ArithmeticException:/byzero

       通过submit提交线程可以屏蔽线程中产生的异常，达到线程复用。当get()执行结果时异常才会抛出。

       原因是通过submit提交的线程，当发生异常时，会将异常保存，待future.get();时才会抛出。

       这是Futuretask的部分run()方法，看setException：

publicvoidrun(){ try{ Callable<V>c=callable;if(c!=null&&state==NEW){ Vresult;booleanran;try{ result=c.call();ran=true;}catch(Throwableex){ result=null;ran=false;setException(ex);}if(ran)set(result);}}}protectedvoidsetException(Throwablet){ if(UNSAFE.compareAndSwapInt(this,stateOffset,NEW,COMPLETING)){ outcome=t;UNSAFE.putOrderedInt(this,stateOffset,EXCEPTIONAL);//finalstatefinishCompletion();}}

       将异常存在outcome对象中，没有抛出，再看get方法：

Exceptioninthread"customThread0"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread1"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread2"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread3"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread4"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)Exceptioninthread"customThread5"java.lang.ArithmeticException:/byzeroatthread.ThreadExecutor.lambda$null$0(ThreadExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:)atjava.lang.Thread.run(Thread.java:)0

       当outcome是异常时才抛出。

总结

       1、线程池中线程中异常尽量手动捕获

       2、通过设置ThreadFactory的UncaughtExceptionHandler可以对未捕获的异常做保底处理，通过execute提交任务，线程依然会中断，而通过submit提交任务，可以获取线程执行结果，线程异常会在get执行结果时抛出。

       原文链接：/weixin_/article/details/