死锁-CAS下ABA问题及优化方案

本文探讨了并发业务中出现的数据不一致问题,原因在于并发设置库存时未检查库存变化。通过引入CAS(Compare And Swap)机制优化并发冲突,但同时也引发了ABA问题。ABA问题出现在并发环境中,数据在A-B-A变化后,CAS仍认为数据未改变。文中提出在库存操作中,ABA问题不影响业务,而在其他场景如堆栈操作中则可能导致错误。解决ABA问题的策略是使用版本号进行比对,确保修改的数据是原始数据。库存表增加版本号字段,并在设置库存时比较版本号,避免并发问题导致的数据不一致。

一、并发业务场景

库存业务,stock(sid, num),其中:

  • sid为库存id

  • num为库存值

如上图所示,两个并发的查询库存操作,同时从数据库都得到了库存是5。

接下来用户发生了并发的库存扣减动作:

如上图所示:

  • 用户1购买了3个库存,于是库存要设置为2

  • 用户2购买了2个库存,于是库存要设置为3

这两个设置库存的接口并发执行,库存会先变成2,再变成3,导致数据不一致(实际卖出了5件商品,但库存只扣减了2,最后一次设置库存会覆盖和掩盖前一次并发操作)

二、不一致原因分析

出现数据不一致的根本原因,是设置操作发生的时候,没有检查库存与查询出来的库存有没有变化,理论上:

  • 仅库存为5的时候,用户1的库存设置2才能成功

  • 仅库存为5的时候,用户2的库存设置3才能成功

实际执行的时候:

  • 库存为5,用户1的set stock 2确实应该成功

  • 库存变为2了,用户2的set stock 3应该失败掉

三、CAS优化

大家常说的“Compare And Set”(CAS),是一种常见的降低读写锁冲突,保证数据一致性的乐观锁机制。

针对上述库存扣减的例子,CAS升级很容易,将库存设置接口执行的SQL:

update stock set num=$num_new where sid=$sid

升级为:

update stock set num=$num_new where sid=$sid and num=$num_old

即可。

四、什么是ABA问题

CAS乐观锁机制确实能够提升吞吐,并保证一致性,但在极端情况下可能会出现ABA问题。

什么是ABA问题?

考虑如下操作:

  • 并发1(上):获取出数据的初始值是A,后续计划实施CAS乐观锁,期望数据仍是A的时候,修改才能成功

  • 并发2:将数据修改成B

  • 并发3:将数据修改回A

  • 并发1(下):CAS乐观锁,检测发现初始值还是A,进行数据修改

上述并发环境下,并发1在修改数据时,虽然还是A,但已经不是初始条件的A了,中间发生了A变B,B又变A的变化,此A已经非彼A,数据却成功修改,可能导致错误,这就是CAS引发的所谓的ABA问题。

库存操作,出现ABA问题并不会对业务产生影响。

再看一个堆栈操作的例子:

并发1(上):读取栈顶的元素为“A1”

并发2:进行了2次出栈

并发3:又进行了1次出栈

并发1(下):实施CAS乐观锁,发现栈顶还是“A1”,于是修改为A2

此时会出现系统错误,因为此“A1”非彼“A1”

五、ABA问题的优化

ABA问题导致的原因,是CAS过程中只简单进行了“值”的校验,再有些情况下,“值”相同不会引入错误的业务逻辑(例如库存),有些情况下,“值”虽然相同,却已经不是原来的数据了。

优化方向:CAS不能只比对“值”,还必须确保的是原来的数据,才能修改成功。

常见实践:“版本号”的比对,一个数据一个版本,版本变化,即使值相同,也不应该修改成功。

库存的并发读写例子,引入版本号的具体实践如下:

(1)库存表由

stock(sid, num)

升级为

stock(sid, num, version)

(2)查询库存时同时查询版本号

select num from stock where sid=$sid

升级为

select num, version from stock where sid=$sid

假设有并发操作,都会将版本号查询出来

(3)设置库存时,必须版本号相同,并且版本号要修改

旧版本“值”比对CAS

update stock set num=$num_new where sid=$sid and num=$num_old

升级为“版本号”比对CAS

update stock set num=$num_new, version=$version_new

 where sid=$sid and version=$version_old

此时假设有并发操作,第一个操作,比对版本号成功,于是把库存和版本号都进行了修改。

同时存在的第二个并发操作,比对版本号发生了变化,也是库存应该修改失败。

六、总结

  • select&set业务场景,在并发时会出现一致性问题

  • 基于“值”的CAS乐观锁,可能导致ABA问题

  • CAS乐观锁,必须保证修改时的“此数据”就是“彼数据”,应该由“值”比对,优化为“版本号”比对

<think>嗯,用户想了解Java中的ABA问题。根据引用资料,这个问题在并发编程中确实是一个需要特别注意的陷阱。 ABA问题本质上是一个状态同步的问题。虽然变量的值在CAS操作前后看起来都是A,但中间可能经历了其他变化。引用[2]和[4]都描述了典型场景:线程1准备将A改为B,但线程2先把A改成了C又改回A,这时线程1的CAS操作会误以为值没变而执行成功。 用户可能正在准备Java面试,因为多个引用都提到了面试场景(引用[1]和[2])。需要特别强调实际危害,引用[3]提到的状态不一致和资源泄漏案例很典型。比如对象池场景,ABA可能导致同一个对象被多次释放——这个例子应该重点说明。 解决方案方面,版本号机制是最主流的做法。Java的AtomicStampedReference实现很关键,要解释清楚时间戳如何解决这个问题。引用[1]提到"标记"其实就是指这个。 用户似乎对底层机制感兴趣,可以补充CAS原理(比较并交换的原子性)。但要注意避免过于深入硬件细节,聚焦在Java层面的实现就好。 </think>以下是关于 Java 中 ABA 问题的详细介绍,包含概念、成因、危害及解决方案: ### 一、ABA 问题定义 ABA 问题发生在**并发环境下的 CAS (Compare-And-Swap) 操作**中: 当某个线程尝试修改共享变量的值时,该变量的值经历了 **A → B → A** 的变化过程,导致 CAS 操作误判"值未被修改"而执行成功,尽管实际状态已发生改变[^2][^4]。 **典型场景示例**: ``` 线程1:读取值 A,计划将其改为 B(但未立即执行) 线程2:先将值 A 改为 C,再改回 A 线程1:执行 CAS,发现当前值仍是 A → 操作"成功" ``` 尽管最终值相同,但中间状态变化被忽略[^4]。 --- ### 二、核心原因 1. **CAS 的局限性**: 标准 CAS(如 `AtomicInteger`)只检查**值是否相等**,无法感知值是否曾被修改并还原[^2]。 2. **无锁编程的副作用**: 在追求高性能的无锁算法中,缺少显式锁机制导致状态变化追踪缺失[^3]。 --- ### 三、潜在危害 1. **状态不一致** 若共享变量表示状态机(如 `OPEN → CLOSED → OPEN`),ABA 可能导致程序误判系统状态[^3]。 2. **资源泄漏** 对象池场景中,同一对象被释放两次可能导致内存泄漏或数据损坏[^3]。 3. **死锁/活锁风险** 复杂的同步逻辑中,ABA 可能破坏依赖链,引发线程阻塞[^3]。 > **示例场景**: > 链表删除节点时,若头节点经历 `A→B→A` 变化,删除操作可能误删新加入的节点 A'[^4]。 --- ### 四、解决方案 #### 1. 版本号机制(推荐) - **原理**:为每次修改增加版本号(或时间戳),CAS 同时检查值和版本号。 - **Java 实现**: ```java AtomicStampedReference reference = new AtomicStampedReference(initialRef, 0); // 修改时检查值和版本号 reference.compareAndSet(expectedRef, newRef, expectedStamp, newStamp); ``` - **优势**:彻底解决 ABA,Java 标准库原生支持[^1][^2]。 #### 2. 标记状态法 - 使用 `AtomicMarkableReference` 为值附加布尔标记,表示是否被修改过。 - **适用场景**:状态简单的场景(版本号更通用)[^1]。 --- ### 五、实践建议 1. **优先使用 `AtomicStampedReference`** 涉及对象引用的并发修改时,直接替代 `AtomicReference`。 2. **避免过度依赖 CAS** 复杂逻辑考虑 `Lock` 或并发集合(如 `ConcurrentHashMap`)。 3. **代码审查重点** 对共享变量的循环 CAS 操作需显式处理 ABA 风险[^1][^3]。 > **面试提示**:解释时需强调 **"值相同 ≠ 状态未变"** 的核心矛盾,并对比有锁/无锁方案的取舍[^1][^2]。 ---
评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值