0

0

如何在Java中实现无锁的并发堆栈_使用AtomicReference与CAS自旋操作编写Treiber栈

P粉602998670

P粉602998670

发布时间:2026-03-11 14:07:32

|

205人浏览过

|

来源于php中文网

原创

treiber栈必须用atomicreference而非普通引用,因其push/pop需原子性地读-算-写栈顶指针,cas保证原子性与可见性,配合final字段避免发布问题,并需防aba、空栈死循环及cpu自旋耗尽。

如何在java中实现无锁的并发堆栈_使用atomicreference与cas自旋操作编写treiber栈

为什么 Treiber 栈必须用 AtomicReference 而不是普通引用

因为栈顶指针的更新必须是原子的:push 和 pop 都要「读当前顶点 → 计算新顶点 → 写回」三步,中间不能被其他线程插队。普通 Node 引用赋值不具备原子性,哪怕加 synchronized 也破坏了“无锁”前提。

AtomicReference 提供 compareAndSet(oldValue, newValue),底层调用 CPU 的 CAS 指令,失败就重试(自旋),不阻塞线程。

  • 错误写法:top = newNode —— 竞态下会丢失更新
  • 正确模式:循环调用 compareAndSet(oldTop, newTop),直到成功
  • 注意 compareAndSet 返回 boolean,必须检查返回值,不能忽略失败

push 操作中容易漏掉的内存可见性问题

CAS 本身保证可见性,但 Node 字段(如 next)的写入如果不配合 happens-before 关系,其他线程可能看到未初始化的字段值。JVM 不保证构造器内字段写入对其他线程立即可见。

  • 必须把 next 字段声明为 final(推荐)或 volatile
  • 错误示例:Node node = new Node(value); node.next = oldTop; top.compareAndSet(oldTop, node) —— 中间两行无同步,node.next 可能为 null
  • 正确做法:在构造器里完成 next 赋值,且该字段为 final,利用 final field semantics 保证发布安全

pop 自旋逻辑里最常写的死循环陷阱

看似简单的一次 CAS 尝试,实际要处理空栈、ABA 问题(虽不影响正确性,但影响性能)、以及无限自旋耗尽 CPU。

Video Ocean
Video Ocean

人人皆导演,让视频创作变得轻松自如

下载

立即学习Java免费学习笔记(深入)”;

  • 必须先检查 top.get() == null,再进 CAS 循环,否则空栈时会永远自旋
  • 不要在 while(true) 里裸跑 compareAndSet,至少加个 Thread.onSpinWait()(Java 9+)缓解 CPU 占用
  • ABA 问题在这里不破坏逻辑(Treiber 栈只关心引用相等),但若中间有节点被回收又复用,可能触发 JVM 的 unsafe 内存复用警告(极少见)
  • 示例片段:
    Node current, next;<br>do {<br>  current = top.get();<br>  if (current == null) return null;<br>  next = current.next;<br>} while (!top.compareAndSet(current, next));<br>return current;

ConcurrentLinkedStack 对比时的关键差异点

Java 8+ 的 ConcurrentLinkedStack 本质就是 Treiber 栈的工业实现,但它做了大量优化:延迟初始化、批量回收、更精细的自旋退避。自己手写时容易低估这些细节。

  • 它用 UNSAFE 直接操作内存地址,绕过 AtomicReference 的一层封装,性能略高
  • 它的 pop 在多次失败后会短暂让出 CPU(不是 yield,而是类似 LockSupport.parkNanos(1)
  • 自己实现时若没做退避,高争用下吞吐反而不如 Stack + synchronized
  • 除非你在写教学代码或嵌入式受限环境,否则直接用 ConcurrentLinkedStack 更稳

真正难的不是写出能跑通的 CAS 循环,而是让自旋不卡死、内存不乱序、边界不崩溃——这些全藏在几行 if 和 while 后面。

热门AI工具

更多
DeepSeek
DeepSeek

幻方量化公司旗下的开源大模型平台

豆包大模型
豆包大模型

字节跳动自主研发的一系列大型语言模型

通义千问
通义千问

阿里巴巴推出的全能AI助手

腾讯元宝
腾讯元宝

腾讯混元平台推出的AI助手

文心一言
文心一言

文心一言是百度开发的AI聊天机器人,通过对话可以生成各种形式的内容。

讯飞写作
讯飞写作

基于讯飞星火大模型的AI写作工具,可以快速生成新闻稿件、品宣文案、工作总结、心得体会等各种文文稿

即梦AI
即梦AI

一站式AI创作平台,免费AI图片和视频生成。

ChatGPT
ChatGPT

最最强大的AI聊天机器人程序,ChatGPT不单是聊天机器人,还能进行撰写邮件、视频脚本、文案、翻译、代码等任务。

相关专题

更多
java中boolean的用法
java中boolean的用法

在Java中,boolean是一种基本数据类型,它只有两个可能的值:true和false。boolean类型经常用于条件测试,比如进行比较或者检查某个条件是否满足。想了解更多java中boolean的相关内容,可以阅读本专题下面的文章。

366

2023.11.13

java boolean类型
java boolean类型

本专题整合了java中boolean类型相关教程,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

42

2025.11.30

c语言中null和NULL的区别
c语言中null和NULL的区别

c语言中null和NULL的区别是:null是C语言中的一个宏定义,通常用来表示一个空指针,可以用于初始化指针变量,或者在条件语句中判断指针是否为空;NULL是C语言中的一个预定义常量,通常用来表示一个空值,用于表示一个空的指针、空的指针数组或者空的结构体指针。

254

2023.09.22

java中null的用法
java中null的用法

在Java中,null表示一个引用类型的变量不指向任何对象。可以将null赋值给任何引用类型的变量,包括类、接口、数组、字符串等。想了解更多null的相关内容,可以阅读本专题下面的文章。

1089

2024.03.01

if什么意思
if什么意思

if的意思是“如果”的条件。它是一个用于引导条件语句的关键词,用于根据特定条件的真假情况来执行不同的代码块。本专题提供if什么意思的相关文章,供大家免费阅读。

846

2023.08.22

while的用法
while的用法

while的用法是“while 条件: 代码块”,条件是一个表达式,当条件为真时,执行代码块,然后再次判断条件是否为真,如果为真则继续执行代码块,直到条件为假为止。本专题为大家提供while相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

105

2023.09.25

c++中volatile关键字的作用
c++中volatile关键字的作用

本专题整合了c++中volatile关键字的相关内容,阅读专题下面的文章了解更多详细内容。

75

2025.10.23

堆和栈的区别
堆和栈的区别

堆和栈的区别:1、内存分配方式不同;2、大小不同;3、数据访问方式不同;4、数据的生命周期。本专题为大家提供堆和栈的区别的相关的文章、下载、课程内容,供大家免费下载体验。

443

2023.07.18

C# ASP.NET Core微服务架构与API网关实践
C# ASP.NET Core微服务架构与API网关实践

本专题围绕 C# 在现代后端架构中的微服务实践展开,系统讲解基于 ASP.NET Core 构建可扩展服务体系的核心方法。内容涵盖服务拆分策略、RESTful API 设计、服务间通信、API 网关统一入口管理以及服务治理机制。通过真实项目案例,帮助开发者掌握构建高可用微服务系统的关键技术,提高系统的可扩展性与维护效率。

3

2026.03.11

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
Kotlin 教程
Kotlin 教程

共23课时 | 4.3万人学习

C# 教程
C# 教程

共94课时 | 11.1万人学习

Java 教程
Java 教程

共578课时 | 80.5万人学习

关于我们 免责申明 举报中心 意见反馈 讲师合作 广告合作 最新更新
php中文网:公益在线php培训,帮助PHP学习者快速成长!
关注服务号 技术交流群
PHP中文网订阅号
每天精选资源文章推送

Copyright 2014-2026 https://www.php.cn/ All Rights Reserved | php.cn | 湘ICP备2023035733号