Java多线程_CAS算法和ABA问题

CAS算法概述
CAS是英文单词CompareAndSwap的缩写，中文意思是：比较并替换。CAS需要有3个操作数：内存地址V，旧的预期值A，即将要更新的目标值B。

CAS指令执行时，当且仅当内存地址V的值与预期值A相等时，将内存地址V的值修改为B，否则就什么都不做。整个比较并替换的操作是一个原子操作。

 

注：t1，t2线程是同时更新同一变量56的值

因为t1和t2线程都同时去访问同一变量56，所以他们会把住内存的值完全拷贝一份到自己的工作内存空间，所以t1和t2线程值都为56

假设t1和t2在线程竞争中线程t1能去更新变量值改为57，而其他线程都失败。（失败的线程并不会被挂起，而是被告知这次竞争中失败，并可以再次发起尝试）。T1线程去更新变量值改为57，然后写到内存中。此时对于t2来说，内存值改为57，与预期值56不一致，就操作失败了（想改的值不再是原来的值）。

CAS算法的开销主要来自Cache Miss，一旦导致CAS一直更新失败的话，它的性能是有可能坏于加锁的方式的。

ABA问题概述

上面我我们说了CAS算法，CAS实现的过程是先取出内存中某时刻的数据，在下一时刻比较并替换，那么在这个时间差会导致数据的变化，此时就会导致出现“ABA”问题。关于“ABA”问题，我们假设如下事件序列：

线程 1 从内存位置V中取出A。
线程 2 从位置V中取出A。
线程 2 进行了一些操作，将B写入位置V。
线程 2 将A再次写入位置V。
线程 1 进行CAS操作，发现位置V中仍然是A，操作成功。
尽管线程 1 的CAS操作成功，但不代表这个过程没有问题——对于线程 1 ，线程 2 的修改已经丢失。

我们形象地画一个图来打个比方：

解决方法
我们在AtomicReference的使用中就遇到了这样的ABA问题，name怎么解决的呢？我们使用AtomicStampedReference就能很好的解决这个问题了，首先，我们先看一下这一段代码（实现自动充值，当少于20元时，充值20元，再进行消费，每次消费10元）：

import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;

public class AtomicReferenceDemo {
    static AtomicStampedReference<Integer> money = new AtomicStampedReference<Integer>(19, 1);
    static Object obj = new Object();

    public static void main(String[] args) {
        Add add = new Add();
        Thread thread1 = new Thread(add);
        thread1.start();
        Reduce reduce = new Reduce();
        Thread thread2 = new Thread(reduce);
        thread2.start();
    }

    static class Add implements Runnable {

        @Override
        public void run() {while (true) {
                    Integer m = money.getReference();
                    synchronized (obj) {                   // 1处
                        if (m < 20) {
                            if (money.compareAndSet(m, m + 20, money.getStamp(), money.getStamp() + 1)) {   //2处  
                                System.out.println("充值成功，余额:" + money.getReference() + "元");  
                                break;
                            }
                        } else {
                            break;
                        }
                    }
                }
            }
        }

    static class Reduce implements Runnable {

        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                while (true) {
                    Integer m = money.getReference();
                    synchronized (obj) {                   //3处

                        if (m > 10) {
                            if (money.compareAndSet(m, m - 10, money.getStamp(), money.getStamp() + 1)) {     //4处
                                System.out.println("成功消费10元，余额:" + money.getReference() + "元");
                                break;
                            }
                        } else {
                            break;
                        }
                    }
                }
                try {
                    Thread.sleep(1500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

我们在1处2处加上锁之后就OK了！这是结果：

这样问题就很好的解决了，不过特别注意的是在1处和3处需要加锁，因为2处和4处的if条件是一个原子操作，大家都知道，java是抢占式的，线程可能在这个原子操作执行结束后被另一个线程所抢占，这样就是导致打印的时候的值不准确。