Java深入学习30：CAS中的ABA问题以及解决方案

Java深入学习30：CAS中的ABA问题以及解决方案

 什么是ABA问题

　　在CAS算法中，需要取出内存中某时刻的数据（由用户完成），在下一时刻比较并替换（由CPU完成，该操作是原子的）。这个时间差中，会导致数据的变化。

　　假设如下事件序列：

1. 线程 1 从内存位置V中取出A。
2. 线程 2 从位置V中取出A。
3. 线程 2 进行了一些操作，将B写入位置V。
4. 线程 2 将A再次写入位置V。
5. 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；我们不能忽略线程2对数据的两次修改

代码模拟ABA问题

　　线程1，对数据100进行了两次操作，先将100改成101，再将101改回100；线程2直接将100该成2020；虽然线程2修改成功了，但是在线程2修改之前，线程1已经对100进行了两次操作。线程2修改的100并不是原来的那个100了；

public class ABATest {

    public static void main(String[] args) {

        AtomicInteger at = new AtomicInteger(100);

        new Thread(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	" + at.compareAndSet(100,101) + "	 num = " + at.get());
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	" + at.compareAndSet(101,100) + "	 num = " + at.get());
        },"thread1").start();
        
        new Thread(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	" + at.compareAndSet(100,2020) + "	 num = " + at.get());
        },"thread2").start();
    }
}
日志
thread1    true     num = 101
thread1    true     num = 100
thread2    true     num = 2020

如何规避ABA问题

　　使用AtomicStampedReference类，简单说AtomicStampedReference类引入了版本概念(类似数据库使用版本号进行乐观锁)，每次进行compareAndSet操作是都进行版本好的迭代，只有当同时满足CAS的(1)期望值正确匹配(2)版本号正确匹配，才能正确compareAndSet。

　　如下示例，线程2中的 compareAndSet  因为版本匹配错误而返回 flase；

public class ABASolvedTest {

    public static void main(String[] args) {
        AtomicStampedReference<Integer> asr = new AtomicStampedReference(100,1);

        new Thread(()->{
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	第1次版本号" + asr.getStamp() + "	 当前值" + asr.getReference());
            asr.compareAndSet(100,101,asr.getStamp(),asr.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	第2次版本号" + asr.getStamp() + "	 当前值" + asr.getReference());
            asr.compareAndSet(101,100,asr.getStamp(),asr.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	第3次版本号" + asr.getStamp() + "	 当前值" + asr.getReference());
        },"thread1").start();
        new Thread(()->{
            int stamp = asr.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	第1次版本号" +stamp);
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            boolean b = asr.compareAndSet(100, 2019, stamp, stamp + 1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	是否更新成功 " + b);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	更新后的版本号" + asr.getStamp());
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "	更新后的值" + asr.getReference());
        },"thread2").start();
    }
}
日志
thread2    第1次版本号1
thread1    第1次版本号1     当前值100
thread1    第2次版本号2     当前值101
thread1    第3次版本号3     当前值100
thread2    是否更新成功 false
thread2    更新后的版本号3
thread2    更新后的值100

END