CAS ABA问题

Posted 2020-10-03 qiezijiajia

接触并发编程少不了CAS，这里不讲CAS，在另一篇文章里面有写CAS，这里只关注CAS的ABA问题。

什么叫CAS的ABA问题？

因为CAS需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。

比如线程A操作值a，将值修改为b，这时线程B也拿到了a的值，将a改为b，再改为a，这时线程A比对值的时候，发送值还是和expect的一样，就会继续操作。如下面代码，T2的CAS操作是可以成功的。

private static AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(100);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread intT1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                atomicInt.compareAndSet(100, 101);
                atomicInt.compareAndSet(101, 100);
            }
        });

        Thread intT2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                boolean c3 = atomicInt.compareAndSet(100, 101);
                System.out.println(c3); // true
            }
        });

        intT1.start();
        intT2.start();
        intT1.join();
        intT2.join();
}

 

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。

java中的AtomicStampedReference就是使用的版本号来进行改进的。核心测试代码如下，这时候T2的CAS操作为false。同时打印了每个CAS操作时的stamp，cas1：0，cas2:1，cas3:0,这样在最终比对的时候，就不是简单的值比对了，还会加入版本号的比对。

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


Thread refT1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                System.out.println("cas1---"+atomicStampedRef.getStamp());
                atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, atomicStampedRef.getStamp(), atomicStampedRef.getStamp() + 1);

                System.out.println("cas2---"+atomicStampedRef.getStamp());
                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("cas3---"+stamp);
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
                boolean c3 = atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, stamp, stamp + 1);
                System.out.println(c3); // false
            }
        });

        refT1.start();
        refT2.start();

拜读一下源码，主要看下数据结构和CAS方法：

private static class Pair<T> {
        final T reference;
        final int stamp;
        private Pair(T reference, int stamp) {
            this.reference = reference;
            this.stamp = stamp;
        }
        static <T> Pair<T> of(T reference, int stamp) {
            return new Pair<T>(reference, stamp);
        }
    }


public boolean compareAndSet(V   expectedReference,
                                 V   newReference,
                                 int expectedStamp,  //增加了stamp的参数
                                 int newStamp) {
        Pair<V> current = pair;
        return
            expectedReference == current.reference &&
            expectedStamp == current.stamp &&
            ((newReference == current.reference &&
              newStamp == current.stamp) ||
             casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
    }