CAS机制是什么，如何解决ABA问题

然后来看看 ++i 是怎么做到的。

public final int incrementAndGet() {

for (;😉 {

int current = get();

int next = current + 1;

if (compareAndSet(current, next))

return next;

}

}

在这里采用了CAS操作，每次从内存中读取数据然后将此数据和+1后的结果进行CAS操作，如果成功就返回结果，否则重试直到成功为止。

而compareAndSet利用JNI来完成CPU指令的操作。

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {

return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);

}

整体的过程就是这样子的，利用CPU的CAS指令，同时借助JNI来完成Java的非阻塞算法。其它原子操作都是利用类似的特性完成的。

而整个J.U.C都是建立在CAS之上的，因此对于synchronized阻塞算法，J.U.C在性能上有了很大的提升。

二、ABA问题

---

CAS看起来很爽，但是会导致“ABA问题”。

利用版本号比较可以有效解决ABA问题。

CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据，而在下时刻比较并替换，那么在这个时间差类会导致数据的变化。

比如说一个线程one从内存位置V中取出A，这时候另一个线程two也从内存中取出A，并且two进行了一些操作变成了B，然后two又将V位置的数据变成A，这时候线程one进行CAS操作发现内存中仍然是A，然后one操作成功。尽管线程one的CAS操作成功，但是不代表这个过程就是没有问题的。如果链表的头在变化了两次后恢复了原值，但是不代表链表就没有变化。因此前面提到的原子操作AtomicStampedReference/AtomicMarkableReference就很有用了。这允许一对变化的元素进行原子操作。

在运用CAS做Lock-Free操作中有一个经典的ABA问题：

线程1准备用CAS将变量的值由A替换为B，在此之前，线程2将变量的值由A替换为C，又由C替换为A，然后线程1执行CAS时发现变量的值仍然为A，所以CAS成功。但实际上这时的现场已经和最初不同了，尽管CAS成功，但可能存在潜藏的问题。

由于ABA问题带来的隐患，各种乐观锁的实现中通常都会用版本戳version来对记录或对象标记，避免并发操作带来的问题，在Java中，AtomicStampedReference也实现了这个作用，它通过包装[E,Integer]的元组来对对象标记版本戳stamp，从而避免ABA问题，例如下面的代码分别用AtomicInteger和AtomicStampedReference来对初始值为100的原子整型变量进行更新，AtomicInteger会成功执行CAS操作，而加上版本戳的AtomicStampedReference对于ABA问题会执行CAS失败：

三、解决方案

---

JDK的atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。如果当前引用 == 预期引用，并且当前标志等于预期标志，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。源码如下：

/**

*expectedReference - 该引用的预期值

*newReference - 该引用的新值

*expectedStamp - 该标志的预期值

*newStamp - 该标志的新值

*/

public boolean compareAndSet(V expectedReference,

V newReference,

int expectedStamp,

int newStamp) {

Pair current = pair;

return

expectedReference == current.reference &&

expectedStamp == current.stamp &&

((newReference == current.reference &&

newStamp == current.stamp) ||

casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));

}

四、最佳实践

---

package com.concurrent;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;

/**

• @author riemann

• @date 2019/08/03 17:35

*/

public class ABATest {

private static AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(100);

private static AtomicStampedReference atomicStampedRef = new AtomicStampedReference(100,0);

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

Thread intT1 = new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

atomicInteger.compareAndSet(100,101);

atomicInteger.compareAndSet(101,100);

}

});

Thread intT2 = new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

try {

TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

boolean flag = atomicInteger.compareAndSet(100,101);// true

System.out.println("flag is " + flag);

}

});

intT1.start();

intT2.start();

intT1.join();

intT2.join();

Thread refT1 = new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

try {

TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

atomicStampedRef.compareAndSet(100,101,atomicStampedRef.getStamp(),atomicStampedRef.getStamp() + 1);

atomicStampedRef.compareAndSet(101,100,atomicStampedRef.getStamp(),atomicStampedRef.getStamp() + 1);

}

});

Thread refT2 = new Thread(new Runnable() {

@Override

public void run() {

int stamp = atomicStampedRef.getStamp();

System.out.println("before sleep : stamp = " + stamp);

try {

TimeUnit.SECONDS.sleep(2);

} catch (InterruptedException e) {

e.printStackTrace();

}

System.out.println("after sleep : stamp = " + atomicStampedRef.getStamp());

boolean flag = atomicStampedRef.compareAndSet(100,101,stamp,stamp + 1);

System.out.println("thread refT2: " + atomicStampedRef.getReference() + ", flag is " + flag);

}

});

refT1.start();

refT2.start();

}

}

输出结果：

flag is true

before sleep : stamp = 0

after sleep : stamp = 2