爲什麼CAS（原子）操作比同步或易變操作更快

Question

據我所知，synchronized關鍵字會將本地線程緩存與主內存同步。 volatile關鍵字基本上總是在每次訪問時從主內存中讀取變量。當然，訪問主內存比本地線程緩存昂貴得多，所以這些操作很昂貴。但是，CAS操作使用低級硬件操作，但仍需訪問主內存。那麼CAS操作如何更快？

Answer 1

我相信關鍵因素是您說的 - CAS機制使用底層硬件指令，允許最少的緩存刷新和爭用解決。

其他兩種機制（synchronization和volatile）使用不同的體系結構技巧，這些技巧在所有不同的體系結構中更普遍可用。

CAS指令在大多數現代體系結構中都可以以某種形式提供，但每種體系結構中都會有不同的實現。從Brian Goetz（據說）

有趣的報價

操作的相對速度在很大程度上是一個不是問題的問題。與鎖定和非阻塞算法之間的可伸縮性有什麼不同。如果你在1或2核心系統上運行，不要再考慮這樣的事情。

非阻塞算法通常縮放比較好，因爲它們比基於鎖的算法具有更短的「關鍵部分」。

Answer 2

請注意，CAS不一定要訪問內存。

大多數現代體系結構都實現了像MESI這樣的緩存一致性協議，如果只有一個線程同時訪問數據，它允許CPU執行快捷操作。在這種情況下，與傳統的非同步內存訪問相比，開銷非常低。

但是，當對同一個值進行大量併發更改時，緩存確實非常無用，所有操作都需要直接訪問主內存。在這種情況下，同步不同CPU高速緩存和內存訪問序列化的開銷會導致顯着的性能下降（這也稱爲高速緩存乒乓），這可能與您遇到的情況一樣糟糕甚至更糟基於鎖定的方法。

因此，不要簡單地假設，如果你切換到原子，所有你的問題消失。原子的最大優勢是無鎖（有人總是進步）或無等待（每個人在完成一定步驟後完成）的進度保證。但是，這通常與原始性能正交：等待解決方案可能比基於鎖定的解決方案慢得多，但在某些情況下，您願意接受該解決方案以獲得進度保證。