Question

有谁能总结一下比较和交换编程的优缺点？（例如多核CPU性能）

以下是Java中的示例：

/**
 * Atomically increments by one the current value.
 *
 * @return the updated value
 */
public final int incrementAndGet() {
    for (;;) {
        int current = get();
        int next = current + 1;
        if (compareAndSet(current, next))
            return next;
    }
}

===编辑===

请在单/核CPU中专门讨论这个问题。

Answer 1

优点：没有锁，因此没有死锁，通常具有更好的可扩展性

缺点：饥饿的风险（除非算法也是等待的，但通常情况并非如此）

编辑：无等待算法在丢失CAS竞赛时执行某些操作。而不是繁忙/启动。

Answer 2

如果没有内置实现所需原子操作的语言，则仅在源代码中编写CAS重试循环。硬件（尤其是x86）通常可以做得更好。

Java的AtomicInteger具有getAndIncrement()和incrementAndGet()方法（至少从Java 7开始），这使得JVM可以轻松地将其JIT到asm中，而且比实际的CAS重试循环更有效。就像C ++ 11的std::atomic::fetch_add()。另请参见Practical uses for AtomicInteger。

在x86上，您希望JVM利用x86的硬件支持来执行此操作。如果您使用直接映射到它的函数而不是CAS，则更有可能发生这种情况-retry循环，优化器必须努力才能将其优化为非循环实现。

（当多个CPU内核争用同一条缓存行时，将执行lock操作的硬件总线/缓存仲裁；一次只有一个线程实际上可以拥有该缓存行并进行递增。您可以争论即使{steps}是时钟周期而不是CPU指令，它也是wait-free：在任何给定系统上，即使与所有其他系统一样，lock操作要等待多长时间也可能有较低的上限核心敲击同一条缓存行。）

; possible x86 implementation of incrementAndGet() for a 32-bit integer
; which you'd hopefully get (after inlining and so on)

mov    eax,1
lock   xadd [mem], eax       ; atomically do [mem]+=eax, and put the old value in eax
inc    eax                   ; old_value += 1 to get the new value
; result in EAX

不需要循环。

在LL / SC机器（大多数非x86机器，如ARM，PowerPC，MIPS）上，会有一个重试循环，但它并不完全是CAS。 LL / SC机器上的CAS重试循环会产生额外的开销。这非常小，但是让JVM直接看到您想要的原子操作绝对更好。有关CAS与LL / SC的更多讨论，请参见Atomically clearing lowest non-zero bit of an unsigned integer。理论上，CAS循环可以优化为纯LL / SC循环。

这个问题也是一个例子（最好的选择）（使用C ++或Java源代码）是CAS重试循环的情况，因为该语言没有满足您需要的原子原语。（任何通用硬件也没有。）

CAS编程的优缺点

2 个答案: