CAS導緻的ABA問題以及解決方案

CAS算法實作一個重要前提需要取出記憶體中某時刻的資料，而在下時刻比較并替換，那麼在這個時間差類會導緻資料的變化。

上篇文章講到CAS會出現一個ABA問題。那什麼是ABA問題呢？

官方一點的解釋就是：當有多個線程對一個原子類進行操作的時候，某個線程在短時間内将原子類的值A修改為B，又馬上将其修改為A，此時其他線程不感覺，還是會修改成功。

代碼案例：

//線程操作資源，原子類ai的初始值為4
      static AtomicInteger ai = new AtomicInteger(4);
      public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
        //利用CAS将ai的值改成5
            boolean b = ai.compareAndSet(4, 5);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"是否成功将ai的值修改為5："+b);
            //休眠一秒
            try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
            //利用CAS将ai的值改回4
            b = ai.compareAndSet(5,4);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"是否成功将ai的值修改為4："+b);
        },"A").start();
        new Thread(() -> {
            //模拟此線程執行較慢的情況
            try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
            //利用CAS将ai的值從4改為10
            boolean b = ai.compareAndSet(4, 10);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"是否成功将ai的值修改為10："+b);
        },"B").start();

        //等待其他線程完成，為什麼是2，因為一個是main線程，一個是背景的GC線程
        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }
        
        System.out.println("ai最終的值為："+ai.get());
    }           

複制

執行結果：

可以看到，線程B最終是将ai的值修改成功了。

上面例子模拟的是A、B兩個線程操作一個資源ai，A的執行速度比B的快，在B執行前，A就已經将ai的值改為5之後馬上又把ai的值改回為4，但是B不感覺，是以最後B就修改成功了。

比如有兩個單身狗A、B，A在某個時間段内找到女朋友但是又分開了，但是沒告訴B，此時B還是會在A是單身狗的情況下帶A去打遊戲。

ABA問題的解決方案？

資料庫有個鎖稱為樂觀鎖，是一種基于資料版本實作資料同步的機制，每次修改一次資料，版本就會進行累加。

同樣，Java也提供了相應的原子引用類AtomicStampedReference<V>

上圖中的初始郵票就是版本号。

根據之前的代碼改動的例子：

static AtomicStampedReference<Integer> ai = new AtomicStampedReference<>(4,0);
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            //四個參數分别是預估記憶體值，更新值，預估版本号，初始版本号
       //隻有當預估記憶體值==實際記憶體值相等并且預估版本号==實際版本号，才會進行修改
            boolean b = ai.compareAndSet(4, 5,0,1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"是否成功将ai的值修改為5："+b);
            try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
            b = ai.compareAndSet(5,4,1,2);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"是否成功将ai的值修改為4："+b);
        },"A").start();
        new Thread(() -> {
            try {Thread.sleep(5000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}
            boolean b = ai.compareAndSet(4, 10,0,1);
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"是否成功将ai的值修改為10："+b);
        },"B").start();

        while (Thread.activeCount() > 2) {
            Thread.yield();
        }

        System.out.println("ai最終的值為："+asri.getReference());
    }           

複制

運作結果：

可以看到，最終B并沒有成功修改ai的值