[[384754]]

 要了解ABA問題，我們得先知道什么是CAS，CAS 全稱是 compare and swap，是一種用于在多線程環(huán)境下實現(xiàn)同步功能的機(jī)制。CAS的出現(xiàn)主要是為了解決多線程并發(fā)情況下，數(shù)據(jù)的不一致問題。

CAS底層原理

CAS 的思想很簡單：三個參數(shù)，一個當(dāng)前內(nèi)存值 V、舊的預(yù)期值 A、即將更新的值 B，當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值 A 和內(nèi)存值 V 相同時，將內(nèi)存值修改為 B 并返回 true，否則什么都不做，并返回 false

Unsafe類

Unsafe類是CAS的核心類，由于Java方法無法直接訪問底層系統(tǒng)，需要通過本地(native)方法來訪問，基于該類可以直接操作特定內(nèi)存的數(shù)據(jù)。Unsafe類存在與sum.misc包中，其內(nèi)部實現(xiàn)是C++寫的，我從JDK1.8源碼中截取了關(guān)鍵代碼

UNSAFE_ENTRY(jboolean, Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv *env, jobject unsafe, jobject obj, jlong offset, jint e, jint x)) 
 UnsafeWrapper("Unsafe_CompareAndSwapInt"); 
 oop p = JNIHandles::resolve(obj); 
 jint* addr = (jint *) index_oop_from_field_offset_long(p, offset); 
 return (jint)(Atomic::cmpxchg(x, addr, e)) == e; 
UNSAFE_END 

從上面代碼可以看出最后調(diào)用的是Atomic:comxchg這個方法，這個方法的實現(xiàn)放在hotspot下的os_cpu包中，說明這個方法的實現(xiàn)和操作系統(tǒng)、CPU都有關(guān)系，以多核CPU為例：

• 首先會判斷CPU是否為多核，如果是多核加一個lock內(nèi)存屏障，這樣就可以防止多線程并發(fā)情況競爭發(fā)生
• 進(jìn)行對比交換，調(diào)用匯編指令cmpxchg獲取新值并設(shè)值。

CAS問題

cas實現(xiàn)

從JDK1.5開始，java.util.concurrent包為我們提供了許多cas操作類諸如：AtomicInteger,

AtomicLong,AtomicReference，它提供了輕量級的鎖機(jī)制有著更好的性能，但同時也會出現(xiàn)一些問題，我們通過一張圖來說明：

上圖運行過程中可能會出現(xiàn)兩個問題：

• 線程3可能一直拿不到最新的值，導(dǎo)致線程自旋
• 主內(nèi)存有個數(shù)據(jù)值：A，兩個線程A和B分別copy主內(nèi)存數(shù)據(jù)到自己的工作區(qū)，A執(zhí)行比較慢，需要10秒， B執(zhí)行比較快，需要2秒， 此時B線程將主內(nèi)存中的數(shù)據(jù)更改為B，過了一會又更改為A，然后A線程執(zhí)行比較，發(fā)現(xiàn)結(jié)果是A，以為別人沒有動過，然后執(zhí)行更改操作。其實中間已經(jīng)被更改過了，這就是ABA問題。

ABA問題的優(yōu)化

ABA問題導(dǎo)致的原因，是CAS過程中只簡單進(jìn)行了“值”的校驗，再有些情況下，“值”相同不會引入錯誤的業(yè)務(wù)邏輯(例如庫存)，有些情況下，“值”雖然相同，卻已經(jīng)不是原來的數(shù)據(jù)了。那如何能避免ABA問題呢?優(yōu)化的方式也很簡單，就是不能只對值進(jìn)行比較，通過對值打標(biāo)簽的方式就能很好的避免ABA問題。JAVA中也為我們提供了相應(yīng)的處理類AtomicStampReferenceAtomicStampReference在cas的基礎(chǔ)上增加了一個標(biāo)記stamp，使用這個標(biāo)記可以用來覺察數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化，給數(shù)據(jù)帶上了一種實效性的檢驗。它有以下幾個參數(shù)：

//參數(shù)代表的含義分別是 期望值，寫入的新值，期望標(biāo)記，新標(biāo)記值 
public boolean compareAndSet(V expected,V newReference,int expectedStamp,int newStamp); 
 
public V getRerference(); 
 
public int getStamp(); 
 
public void set(V newReference,int newStamp); 

我們通過一個示例來說明：

public class Test { 
 
private static AtomicReference<Integer> atomicReference = new AtomicReference<Integer>(100); 
 
public static void main(String[] args) { 
new Thread(() -> { 
atomicReference.compareAndSet(100, 101); 
atomicReference.compareAndSet(101, 100); 
},"t1").start(); 
 
new Thread(() -> { 
try { 
TimeUnit.SECONDS.sleep(1); 
} catch (InterruptedException e) { 
e.printStackTrace(); 
} 
System.out.println(atomicReference.compareAndSet(100, 2021) + "\t修改后的值:" + atomicReference.get()); 
},"t2").start(); 
} 
} 

• 初始值為100，線程t1將100改成101，然后又將101改回100
• 線程t2先睡眠1秒，等待t1操作完成，然后t2線程將值改成2019

可以看到，線程2修改成功。輸出結(jié)果：

true 修改后的值:2021 

要解決ABA問題，可以增加一個版本號，當(dāng)內(nèi)存位置V的值每次被修改后，版本號都加1AtomicStampedReference內(nèi)部維護(hù)了對象值和版本號，在創(chuàng)建AtomicStampedReference對象時，需要傳入初始值和初始版本號， 當(dāng)AtomicStampedReference設(shè)置對象值時，對象值以及狀態(tài)戳都必須滿足期望值，寫入才會成功

public class Test { 
 
 
private static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<Integer>(100,1); 
 
public static void main(String[] args) { 
new Thread(() -> { 
System.out.println("t1拿到的初始版本號:" + atomicStampedReference.getStamp()); 
 
//睡眠1秒，是為了讓t2線程也拿到同樣的初始版本號 
try { 
TimeUnit.SECONDS.sleep(1); 
} catch (InterruptedException e) { 
e.printStackTrace(); 
} 
atomicStampedReference.compareAndSet(100, 101,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1); 
atomicStampedReference.compareAndSet(101, 100,atomicStampedReference.getStamp(),atomicStampedReference.getStamp()+1); 
},"t1").start(); 
 
new Thread(() -> { 
int stamp = atomicStampedReference.getStamp(); 
System.out.println("t2拿到的初始版本號:" + stamp); 
 
//睡眠3秒，是為了讓t1線程完成ABA操作 
try { 
TimeUnit.SECONDS.sleep(3); 
} catch (InterruptedException e) { 
e.printStackTrace(); 
} 
System.out.println("最新版本號:" + atomicStampedReference.getStamp()); 
System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(100, 2021,stamp,atomicStampedReference.getStamp() + 1) + "\t當(dāng)前 值:" + atomicStampedReference.getReference()); 
},"t2").start(); 
} 
} 

• 初始值100，初始版本號1
• 線程t1和t2拿到一樣的初始版本號
• 線程t1完成ABA操作，版本號遞增到3
• 線程t2完成CAS操作，最新版本號已經(jīng)變成3，跟線程t2之前拿到的版本號1不相等，操作失敗

輸出結(jié)果：

t1拿到的初始版本號:1 
t2拿到的初始版本號:1 
最新版本號:3 
false當(dāng)前 值:100 

 【編輯推薦】