Java並發之CAS的三大問題

在Java並發包中有一些並發框架也使用了自旋CAS的方式實現了原子操作，比如：LinkedTransferQueue類的Xfer方法。CAS雖然很高效的解決了原子操作，但是CAS仍然存在三大問題：ABA問題、循環時間長開銷大、只能保證一個共享變量的原子操作

1.ABA問題

1.1.什么是ABA問題

因為CAS需要在操作值得時候，檢查值有沒有發生變化，如果沒有發生變化則更新，但是如果一個值原來是A、變成了B、又變成了A，那么使用CAS進行檢查時會發現它的值沒有發生變化，但實際上卻變化了。

1.2.ABA問題解決方法

1、使用版本號

ABA問題的解決思路是使用版本號，每次變量更新的時候版本號加1，那么A->B->A就會變成1A->2B->3A

2、jdk自帶原子變量

從jdk1.5開始，jdk的Atomic包里就提供了一個類AtomicStampedReference來解決ABA問題，這個類中的compareAndSet方法的作用就是首先檢查當前引用是否等於預期引用，並且檢查當前標志是否等於預期標志，如果全部相等，則以原子方式將該引用和該標志的值更新為指定的新值

/** * 如果當前引用等於預期引用並且當前標志等於預期標志 * 則以原子方式將該引用和該標志的值設置為給定新值 * * @param expectedReference 預期引用值 * @param newReference 新的引用值 * @param expectedStamp 預期標記值 * @param newStamp 新標記值 * @return {@code true} if successful */
    public boolean compareAndSet(V   expectedReference,
                                 V   newReference,
                                 int expectedStamp,
                                 int newStamp) {
        Pair<V> current = pair;
        return
        #預期引用==當前引用
            expectedReference == current.reference &&
            #預期標志==當前標志
            expectedStamp == current.stamp &&
            #新引用==當前引用 並且 新標志==當前標志
            ((newReference == current.reference &&
              newStamp == current.stamp) ||
              #原子更新值
             casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
    }

2.循環時間長開銷大

自旋CAS如果長時間不成功，會給CPU帶來非常大的執行開銷。如果jvm能支持處理器提供的pause指令，那么效率會有一定的提升。pause指令有兩個作用：

第一，它可以延遲流水線執行指令（de-pipeline），使CPU不會消耗過多的執行資源，延遲的時間取決於具體實現的版本，在一些處理器上延遲時間是零。

第二，它可以避免在退出循環的時候因內存順序沖突（Memory Order Violation）而引起CPU流水線被清空（CPU Pipeline Flush），從而提高CPU的執行效率。

3.只能保證一個共享變量的原子操作

當對一個共享變量執行操作時，我們可以使用循環CAS的方式來保證原子操作，但是多個共享變量操作時，循環CAS就無法保證操作的原子性，這個時候就可以用鎖。還有一個方法，就是把多個共享變量合並成一個共享變量來操作。比如，有兩個共享變量i=2,j=a合並一下ij=2a，然后用CAS來操作ij。從java1.5開始，JDK提供了AtomicReference類來保證引用對象之間的原子性，就可以把多個變量放在一個對象里來進行CAS操作。