Java CAS 怎么在并发编程中避免使用悲观锁带来的上下文切换开销

舞夢輝影

舞夢輝影

2026-08-03

298人浏览

原创

cas通过自旋代替阻塞,在用户态完成原子操作,避免上下文切换开销;适用于读多写少场景,高冲突时需退化为悲观锁或采用longadder等优化策略。

java cas 怎么在并发编程中避免使用悲观锁带来的上下文切换开销

CAS 通过“不阻塞、不挂起”的方式绕开操作系统级的线程调度,直接在用户态完成原子操作,从而避免悲观锁引发的上下文切换开销。

核心机制:用自旋代替阻塞

悲观锁(如 synchronized 或 ReentrantLock)在竞争失败时,会将线程挂起,交由操作系统调度——这触发用户态到内核态切换、保存/恢复寄存器与栈、更新调度队列等动作,开销显著。CAS 不走这条路:

  • 线程发现值被修改后,不放弃 CPU,而是立即重试(自旋),继续读取当前值并再次比较交换;
  • 整个过程停留在用户态,不涉及线程状态变更(RUNNABLE → BLOCKED/WAITING),也无需内核介入;
  • 适合短时间、低冲突场景,一次或几次自旋就能成功,CPU 空转成本远低于一次上下文切换(通常耗时几十到上百纳秒 vs 微秒级)。

典型应用:原子类天然规避锁调度

AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference 等底层全部基于 Unsafe 的 CAS 指令实现,例如:

getAndIncrement() 方法本质是循环调用 compareAndSwapInt(),直到成功为止。它没有 lock/unlock、没有 AQS 队列、没有 park/unpark 调用——也就彻底跳过了线程挂起与唤醒环节。

Java JDK 25
Java JDK 25

Java JDK 25 来自 OpenJDK 官方归档,版本为 JDK 25,本条下载地址已指向官方 Windows x64 zip 安装包直链,适合调试旧项目或兼容旧版 Java 运行环境。

下载

对比 ReentrantLock 的 tryLock() 失败后若走 lock(),就会进入 AQS 队列并可能 park 当前线程,引发上下文切换。

注意边界:高冲突时自旋反而成负担

CAS 并非万能,它的“零切换”优势依赖于实际并发写入频率:

  • 读多写少(如计数器、状态标记):自旋次数少,CPU 利用率可控,吞吐量明显优于悲观锁;
  • 写多且高度竞争(如高频抢购扣减):线程反复 CAS 失败→自旋→再失败,造成大量无效 CPU 占用,此时应考虑退化为悲观锁,或改用 LongAdder(分段累加,降低单点竞争);
  • ABA 问题虽不直接导致上下文切换,但可能引发逻辑错误,需配合 AtomicStampedReference 使用版本戳来保障正确性。

配合策略:减少自旋浪费,提升实际效率

单纯依赖原始 CAS 容易陷入“忙等”,Java 并发包提供了更务实的组合方案:

  • LongAdder 在高并发累加场景下比 AtomicInteger 更高效:它把一个 long 拆成多个 Cell,写操作分散到不同缓存行,大幅降低 CAS 冲突概率;
  • ConcurrentHashMap 的 put 操作结合了 CAS + synchronized(仅对桶头加锁),既避免全局锁,又防止极端情况下的长时自旋;
  • 某些场景可混合使用:先尝试 CAS 快速路径,失败后降级为轻量级锁或队列等待,平衡响应性与资源消耗。

Java免费学习笔记:立即使用
解锁 Java 大师之旅:从入门到精通的终极指南

相关专题

更多
java
java

Java是一个通用术语,用于表示Java软件及其组件,包括“Java运行时环境 (JRE)”、“Java虚拟机 (JVM)”以及“插件”。php中文网还为大家带了Java相关下载资源、相关课程以及相关文章等内容,供大家免费下载使用。

2023.06.15

3718

6

java正则表达式语法
java正则表达式语法

java正则表达式语法是一种模式匹配工具,它非常有用,可以在处理文本和字符串时快速地查找、替换、验证和提取特定的模式和数据。本专题提供java正则表达式语法的相关文章、下载和专题,供大家免费下载体验。

2023.07.05

2753

9

java自学难吗
java自学难吗

Java自学并不难。Java语言相对于其他一些编程语言而言,有着较为简洁和易读的语法,本专题为大家提供java自学难吗相关的文章,大家可以免费体验。

2023.07.31

2777

8

java配置jdk环境变量
java配置jdk环境变量

Java是一种广泛使用的高级编程语言,用于开发各种类型的应用程序。为了能够在计算机上正确运行和编译Java代码,需要正确配置Java Development Kit(JDK)环境变量。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

2023.08.01

635

3

java保留两位小数
java保留两位小数

Java是一种广泛应用于编程领域的高级编程语言。在Java中,保留两位小数是指在进行数值计算或输出时,限制小数部分只有两位有效数字,并将多余的位数进行四舍五入或截取。php中文网给大家带来了相关的教程以及文章,欢迎大家前来阅读学习。

2023.08.02

600

3

java基本数据类型
java基本数据类型

java基本数据类型有:1、byte;2、short;3、int;4、long;5、float;6、double;7、char;8、boolean。本专题为大家提供java基本数据类型的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2023.08.02

705

5

java有什么用
java有什么用

java可以开发应用程序、移动应用、Web应用、企业级应用、嵌入式系统等方面。本专题为大家提供java有什么用的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

2023.08.02

1268

5

java在线网站
java在线网站

Java在线网站是指提供Java编程学习、实践和交流平台的网络服务。近年来,随着Java语言在软件开发领域的广泛应用,越来越多的人对Java编程感兴趣,并希望能够通过在线网站来学习和提高自己的Java编程技能。php中文网给大家带来了相关的视频、教程以及文章,欢迎大家前来学习阅读和下载。

2023.08.03

18844

3

配置java环境变量
配置java环境变量

配置Java环境变量是为了让操作系统能够识别和使用Java的相关命令和功能。本专题为大家提供配置java环境变量相关文章,帮助大家解决问题。

2023.08.03

646

8

热门下载

更多
网站特效
/
网站源码
/
网站素材
/
前端模板

精品课程

更多
相关推荐
/
热门推荐
/
最新课程