ABA问题

最新推荐文章于 2025-10-11 09:45:00 发布
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首先要知道什么叫CAS（compare and swap）：在jdk里面可以由UnSafe提供一个针对于volatile变量的操作，其原理是直接调用的CPU的CAS动作
举个例子：
我们经常会有这样的操作
if(a==b)
a = b+1；
在多线程的环境下，如果在执行完a==b之后，a发生了改变，我们就达不到预期的结果了

所以，就有了cas操作
具体你可以看看JDK的AtomicInteger，就提供了这样的cas操作compareAndSet

有了CAS，对于程序而言还不够
因为compareAndSet只是做一个尝试，如果失败了怎么办？我们还是想要做到a=b+1的结果
所以有了这样的代码
while(true)
{
if(a.compareAndSet(expect,update))
……
else
continue;
}
通过这样的方法，我们就得到了a=b+1的效果（在没上锁的情况下）

再下一步，进入你的问题了，ABA问题在这种编码下就出现了
假如你的一次else之后，再次a.compareAndSet(expect,update)之前
a改变了两次，第一次改为其他值，第二次改回来了

这样称之为ABA问题


转载:http://lxy2330.iteye.com/blog/1153135

Java中的ABA问题：多线程编程的“隐形杀手”
阿尔法星球的专栏
04-16 244
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Java并发中的ABA问题：使用AtomicStampedReference解决CAS的致命缺陷
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一个订单的某个字段值先从 A 变为 B，再从 B 变回 A，期间若有其他并发操作依赖该字段的 “状态连续性”，可能导致错误的更新或业务逻辑异常。订单 ABA 问题的本质是 “值的变更历史被忽略”，导致基于 “当前值相等” 的更新逻辑误判。通过引入版本号或时间戳，让每次更新都 “标记变更痕迹”，可有效避免该问题。实际开发中，版本号机制因实现简单、可靠性高，是最常用的解决方案。
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06-11 1021
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aba会导致问题_浅谈Java中ABA问题及避免
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本文主要研究的是关于Java中ABA问题及避免的相关内容，具体如下。在《Java并发实战》一书的第15章中有一个用原子变量实现的并发栈，代码如下：public class Node {public final String item;public Node next;public Node(String item){this.item = item;}}public class Concurren...
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1.JMM 可见性、原子性、VolatileDemo代码演示可见性+原子性代码、有序性 2.volatile是Java虚拟机提供的轻量级的同步机制（乞丐版的synchronized）：保证可见性，不保证原子性，禁止指令重排 Java 汇编案例解释： 禁止指令重排小总结： ...
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CAS： Compare And Swap， 即比较和替换。思想： CAS的比较、替换操作是非阻塞操作， 它有3个参数分别为内存值、预期值和更新值。 当内存值和预期值匹配时则更新， 不匹配时直接返回。PS： CAS比synchronized效率要好，  因为CAS是c语言实现的cpu锁机制， synchronized是Java锁。        简单的说CAS提供了一种实现原子操作的方法， 都封装...
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<think>嗯，用户这次聚焦在CAS的ABA问题上，看来ta对乐观锁的实现细节很感兴趣。之前我已经详细解释过CAS的原理和ABA问题的成因，但用户似乎想更深入理解这个经典陷阱。 用户可能是后端开发工程师，正在设计高并发系统。ta提到站内引用[1][3][4]都涉及ABA问题，说明需要实际解决方案而非理论阐述。特别是引用[4]中AtomicStampedReference的代码示例很有价值，应该重点展开。 需要强调ABA问题在特定场景下的危险性：比如链表操作中，如果节点A被移除后又重新插入，CAS检查指针地址相同就会误判。这会导致链表结构损坏，比单纯数值错误更致命。 硬件层面也值得补充：现代CPU的LL/SC指令（Load-Link/Store-Conditional）能天然避免ABA问题，但x86架构的CMPXCHG指令仍有此缺陷。Java的解决方案本质上是在软件层模拟LL/SC机制。 用户可能还想知道：为什么AtomicMarkableReference用布尔标记而不用版本号？因为有些场景只需要区分“是否被修改过”，用整数版本号会造成空间浪费。这个细微差别可以放在相关问题里提示。 </think>乐观锁核心 CAS 中的 ABA 问题及其解决方案： --- ### 一、ABA 问题本质 **根本原因**：CAS 仅判断**值相等性**，无法感知值变化的历史过程。 **典型场景**：线程 $T_1$ 读取值 $A$ 后，$T_2$ 将值 $A \to B \to A$，$T_1$ 的 CAS 操作仍成功（误判未修改）[^1][^3]。 **风险示例**： ```mermaid sequenceDiagram T1->>内存: 读取 V=A T2->>内存: CAS(A→B) 成功 T2->>内存: CAS(B→A) 成功 T1->>内存: CAS(A→X) 成功（逻辑错误） ``` --- ### 二、解决方案：引入状态标记 #### 方案 1：版本号机制（**AtomicStampedReference**） 为值附加递增版本号，CAS 同时校验**值 + 版本号**： $$ \text{CAS}((V, \text{stamp}), (E, e_{\text{stamp}}), (N, n_{\text{stamp}})) $$ **代码实现**： ```java AtomicStampedReference<Integer> atomicRef = new AtomicStampedReference<>(100, 0); // 模拟ABA攻击 int[] stampHolder = new int[1]; int value = atomicRef.get(stampHolder); // value=100, stamp=0 atomicRef.compareAndSet(100, 50, stampHolder[0], stampHolder[0]+1); // 成功：100→50 (ver1) atomicRef.compareAndSet(50, 100, stampHolder[0], stampHolder[0]+1); // 成功：50→100 (ver2) // 线程尝试修改原始值 boolean success = atomicRef.compareAndSet(100, 200, 0, 1); // 失败！版本号已从0→2 System.out.println(success); // false ``` > 💡 **关键**：版本号从 `0→2`，而线程预期版本号为 `0`，CAS 失败[^4]。 #### 方案 2：状态标记机制（**AtomicMarkableReference**） 使用布尔值标记值状态（适用于无需精确版本的场景）： ```java AtomicMarkableReference<Integer> ref = new AtomicMarkableReference<>(100, false); ref.compareAndSet(100, 101, false, true); // 修改时标记状态 ``` --- ### 三、ABA 问题的危害场景 | **场景** | **风险后果** | **防御方案** | |--------------------|-----------------------------|--------------------------| | 链表删除节点 | 误删已被重新加入的节点 | 节点指针 + 版本号 | | 无锁栈/队列 | 数据结构破坏 | 指针地址 + 计数器标记 | | 资源状态管理 | 重复执行已回滚的操作 | 状态机 + 时间戳 | --- ### 四、深度优化策略 1. **硬件辅助方案** ARM 架构的 `LDREX/STREX` 指令对通过**独占内存访问**天然规避 ABA 问题[^2]。 2. **混合锁机制** 高竞争环境下切换为轻量锁（如 Java 的 `synchronized` 优化）： ```java if (casAttempts++ > SPIN_THRESHOLD) { synchronized(lock) { /* 退化到锁机制 */ } } ``` 3. **时间窗限制** 为操作添加时效性（如 Redis 的 `EX` 参数）： ```java long deadline = System.currentTimeMillis() + TIMEOUT_MS; while (currentTime < deadline) { if (casOp()) return true; } ``` ---
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