如何像 CAS 一样“原子地验证和延迟交换”？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何像 CAS 一样“原子地验证和延迟交换”？

【英文标题】：How to "'validate and lazy swap' atomically" like CAS?

【发布时间】：2017-08-03 13:50:18

【问题描述】：

这是我想要的函数原型：

atomicReference.validateAndSwap(value -> isInvalid(value), () -> createValid());

假定它是从多个线程调用的。 仅当第一次返回 true 时才调用第二个 lambda。 第一个（如果第一个返回 true 则加上第二个）lambda 调用应该是单个原子操作。

甚至可以不用synchronized来实现？ 是否有针对类似功能的现成解决方案？ 我是不是思维方式不对，错过了什么？

【问题讨论】：

"不同步也可以实现？" - 不。

这里的对象是不可变的吗？如果不是，它们的“有效性”至少是不变的吗？如果两个答案都是“否”，那么我怀疑你忽略了一些关于安全共享可变状态的非常基本的东西。如果任一答案为“是”，这可能是可能的，但它需要您放宽对 lambdas 调用作为原子单元发生的要求。如果有效性确实是不可变的，那应该不是问题，除非您坚持不产生垃圾。

另外，如果您可以提供更多关于您最终想要做什么的背景信息，我们可以提供更多有用的反馈，并可能为这项工作推荐一个更好的“工具”。

【参考方案1】：

我不确定您所说的“第一个（如果第一个返回 true，则加上第二个）lambda 调用应该是单个原子操作。”时您的意思是否正确。 原子引用的要点是更新函数评估可能重叠，因此，不应该有干扰，但会表现得好像是原子的，因为当评估重叠时，只有一个可以成功 CAS 而另一个必须重复关于新值。

如果您想要真正的原子评估，使用Lock 或synchronized 是不可避免的。如果您有适当的非干扰功能并希望像原子一样实现更新，则可以像这样实现

Value old;
do old = atomicReference.get();
   while(isInvalid(old) && !atomicReference.compareAndSet(old, createValid()));

由于在这种特定情况下，createValid() 函数不依赖于旧值，我们可以避免在竞争情况下重复评估：

Value old = atomicReference.get();
if(isInvalid(old)) 
  Value newValue = createValid();
  while(!atomicReference.compareAndSet(old, newValue)) 
    old=atomicReference.get();
    if(!isInvalid(old)) break;
  

所有假设都假设对象的有效性不能在两者之间改变。否则，锁定或同步是不可避免的。

请注意，Java 8 的更新方法遵循相同的原则。所以你可以写

atomicReference.updateAndGet(old -> isInvalid(old)? createValid(): old);

达到同样的效果，但它也不是真正的原子，而是在更新函数的并发评估没有干扰的情况下表现得好像是原子的。

【讨论】：

如果对象不能在两者之间改变，那么while(isInvalid(old) && !atomicReference.compareAndSet(old, createValid())) 的意义何在？

@Eugene：这是一个do … while 循环；这就是我缩进while 行的原因。不幸的是，它不适合一行。

我的意思是不同的，但我想我现在明白了。这实际上非常好，所以如果isInvalid 返回 true，那么您正在尝试使用有效的 CAS old；如果失败，则意味着 atomicReference 已更改（很可能具有有效值）。而您正在再次尝试，但首先检查该值是否有效......

第二种方法更好。如果这个atomicReference.compareAndSet 失败，则意味着atomicReference 已更改，您正在读取设置的新值并检查这个新值是否有效，必要时重复。