Java深入學習30：CAS中的ABA問題以及解決方案

Java深入學習30：CAS中的ABA問題以及解決方案

 什么是ABA問題

　　在CAS算法中，需要取出內存中某時刻的數據（由用戶完成），在下一時刻比較並替換（由CPU完成，該操作是原子的）。這個時間差中，會導致數據的變化。

　　假設如下事件序列：

1. 線程 1 從內存位置V中取出A。
2. 線程 2 從位置V中取出A。
3. 線程 2 進行了一些操作，將B寫入位置V。
4. 線程 2 將A再次寫入位置V。
5. 線程 1 進行CAS操作，發現位置V中仍然是A，操作成功。

盡管線程 1 的CAS操作成功，但不代表這個過程沒有問題——對於線程 1 ，線程 2 的修改已經丟失；我們不能忽略線程2對數據的兩次修改

 

代碼模擬ABA問題

　　線程1，對數據100進行了兩次操作，先將100改成101，再將101改回100；線程2直接將100該成2020；雖然線程2修改成功了，但是在線程2修改之前，線程1已經對100進行了兩次操作。線程2修改的100並不是原來的那個100了；

public class ABATest {

    public static void main(String[] args) {

        AtomicInteger at = new AtomicInteger(100);

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

 

 

如何規避ABA問題

　　使用AtomicStampedReference類，簡單說AtomicStampedReference類引入了版本概念(類似數據庫使用版本號進行樂觀鎖)，每次進行compareAndSet操作是都進行版本好的迭代，只有當同時滿足CAS的(1)期望值正確匹配(2)版本號正確匹配，才能正確compareAndSet。

　　如下示例，線程2中的 compareAndSet  因為版本匹配錯誤而返回 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() + "\t第1次版本號" + asr.getStamp() + "\t 當前值" + asr.getReference());
            asr.compareAndSet(100,101,asr.getStamp(),asr.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t第2次版本號" + asr.getStamp() + "\t 當前值" + asr.getReference());
            asr.compareAndSet(101,100,asr.getStamp(),asr.getStamp()+1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t第3次版本號" + asr.getStamp() + "\t 當前值" + asr.getReference());
        },"thread1").start();
        new Thread(()->{
            int stamp = asr.getStamp();
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t第1次版本號" +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() + "\t是否更新成功 " + b);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t更新后的版本號" + asr.getStamp());
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t更新后的值" + asr.getReference());
        },"thread2").start();
    }
}
日志
thread2    第1次版本號1
thread1    第1次版本號1     當前值100
thread1    第2次版本號2     當前值101
thread1    第3次版本號3     當前值100
thread2    是否更新成功 false
thread2    更新后的版本號3
thread2    更新后的值100

 

 

END