CAS的ABA問題有什么危害？

CAS

CAS（CompareAndSet）是保證並發安全性的一條CPU底層原子指令，它的功能是判斷某個值是否為預期值，如果是的話，就改為新值，在CAS過程中不會被中斷。

compareAndSet 在JNI（Java Naive Interface）中實現，位於unsafe.cpp文件，關鍵的語句是 cmpxchg(x, addr, e)，其中x指的是舊值，addr是要和oldValue一致的內存位置，而e是要變為的新值。執行該原子語句時，將oldValue和從addr取出的值進行比較，相等的話才設置addr位置的值為新值e。

ABA

但CAS存在一個ABA問題，舉例來說，假設線程1和線程2擁有同一個引用p，p指向對象A。某個時刻，線程1想要利用CAS把p指向的對象換成C，此時被線程2中斷，線程2將p指向的對象換成B后再換成A，然后線程1繼續運行，發現p確實仍然指向對象A，因此執行CAS將A換成C。但線程1並不知道在它中斷的這段時間內，p指向的引用經歷了從A到B在到A的過程，這個bug就稱為ABA問題。對於普通場景來說，ABA問題似乎不會造成什么危害，但我們來考慮下面這種場景。

ABA的危害

下面是一段偽代碼，將就着看一下。場景是用鏈表來實現一個棧，初始化向棧中壓入B、A兩個元素，棧頂head指向A元素。

在某個時刻，線程1試圖將棧頂換成B，但它獲取棧頂的oldValue（為A）后，被線程2中斷了。線程2依次將A、B彈出，然后壓入C、D、A。然后換線程1繼續運行，線程1執行compareAndSet發現head指向的元素確實與oldValue一致，都是A，所以就將head指向B了。但是，注意我標黃的那行代碼，線程2在彈出B的時候，將B的next置為null了，因此在線程1將head指向B后，棧中只剩了一個孤零零的元素B。但按預期來說，棧中應該放的是B → A → D → C。

 

Node head;
head = B;
A.next = head;
head = A;


Thread thread1 = new Thread(
    ->{
          oldValue = head;
          sleep(3秒);
          compareAndSet(oldValue, B);

    }
);

Thread thread2 = new Thread(
    ->{
        // 彈出A
          newHead = head.next;
          head.next = null; //即A.next = null;
          head = newHead;
         // 彈出B
          newHead = head.next;
          head.next = null; // 即B.next = null;
          head = newHead; // 此時head為null
          
          // 壓入C
          head = C;
          // 壓入D
          D.next = head;
          head = D;
          // 壓入A
          A.next = D;
          head = A;
          

    }
);

thread1.start();
thread2.start();

 

如有錯誤，敬請指正 >。<