Java并发之CAS的三大问题

在Java并发包中有一些并发框架也使用了自旋CAS的方式实现了原子操作，比如：LinkedTransferQueue类的Xfer方法。CAS虽然很高效的解决了原子操作，但是CAS仍然存在三大问题：ABA问题、循环时间长开销大、只能保证一个共享变量的原子操作

1.ABA问题

1.1.什么是ABA问题

因为CAS需要在操作值得时候，检查值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A、变成了B、又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但实际上却变化了。

1.2.ABA问题解决方法

1、使用版本号

ABA问题的解决思路是使用版本号，每次变量更新的时候版本号加1，那么A->B->A就会变成1A->2B->3A

2、jdk自带原子变量

从jdk1.5开始，jdk的Atomic包里就提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题，这个类中的compareAndSet方法的作用就是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查当前标志是否等于预期标志，如果全部相等，则以原子方式将该引用和该标志的值更新为指定的新值

/**
     * 如果当前引用等于预期引用并且当前标志等于预期标志
     * 则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定新值
     *
     * @param expectedReference 预期引用值
     * @param newReference 新的引用值
     * @param expectedStamp 预期标记值
     * @param newStamp 新标记值
     * @return {@code true} if successful
     */
    public boolean compareAndSet(V   expectedReference,
                                 V   newReference,
                                 int expectedStamp,
                                 int newStamp) {
        Pair<V> current = pair;
        return
        #预期引用==当前引用
            expectedReference == current.reference &&
            #预期标志==当前标志
            expectedStamp == current.stamp &&
            #新引用==当前引用 并且 新标志==当前标志
            ((newReference == current.reference &&
              newStamp == current.stamp) ||
              #原子更新值
             casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
    }

2.循环时间长开销大

自旋CAS如果长时间不成功，会给CPU带来非常大的执行开销。如果jvm能支持处理器提供的pause指令，那么效率会有一定的提升。pause指令有两个作用：

第一，它可以延迟流水线执行指令（de-pipeline），使CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零。

第二，它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突（Memory Order Violation）而引起CPU流水线被清空（CPU Pipeline Flush），从而提高CPU的执行效率。

3.只能保证一个共享变量的原子操作

当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁。还有一个方法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作。比如，有两个共享变量i=2,j=a合并一下ij=2a，然后用CAS来操作ij。从java1.5开始，JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，就可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。