CAS中的ABA問題

補檔CAS中的ABA問題。

要特別注意，常見的ABA問題有兩種，要求能分別舉例解釋。

CAS的使用可參考：

• 源碼|併發一枝花之ConcurrentLinkedQueue【僞】
• 源碼|使用FutureTask的正確姿式
• 源碼|併發一枝花之ReentrantLock與AQS（1）：lock、unlock
• 源碼|併發一枝花之ReentrantLock與AQS（3）：Condition

1 定義

1.1 基本的ABA問題

在CAS算法中，須要取出內存中某時刻的數據（由用戶完成），在下一時刻比較並替換（由CPU完成，該操做是原子的）。這個時間差中，會致使數據的變化。

假設以下事件序列：

1. 線程 1 從內存位置V中取出A。
2. 線程 2 從位置V中取出A。
3. 線程 2 進行了一些操做，將B寫入位置V。
4. 線程 2 將A再次寫入位置V。
5. 線程 1 進行CAS操做，發現位置V中仍然是A，操做成功。

儘管線程 1 的CAS操做成功，但不表明這個過程沒有問題——對於線程 1 ，線程 2 的修改已經丟失。

1.2 與內存模型相關的ABA問題

在沒有垃圾回收機制的內存模型中（如C++），程序員可隨意釋放內存。

假設以下事件序列：

1. 線程 1 從內存位置V中取出A，A指向內存位置W。
2. 線程 2 從位置V中取出A。
3. 線程 2 進行了一些操做，釋放了A指向的內存。
4. 線程 2 從新申請內存，並剛好申請了內存位置W，將位置W存入C的內容。
5. 線程 2 將內存位置W寫入位置V。
6. 線程 1 進行CAS操做，發現位置V中仍然是A指向的即內存位置W，操做成功

這裏比問題 1.1 的後果更嚴重，實際內容已經被修改了，但_線程 1 沒法感知到線程 2 的修改_。

更甚，若是線程 2 只釋放了A指向的內存，而線程 1 在 CAS以前還要訪問A中的內容，那麼線程 1 將訪問到一個野指針。

2 舉例

2.1 基本的ABA問題舉例

若是位置V存儲的是鏈表的頭結點，那麼發生ABA問題的鏈表中，原頭結點是node1，線程 2 操做頭結點變化了兩次，極可能是先修改頭結點爲node2，再將node1（在C++中，也但是從新分配的節點node3，但剛好其指針等於已經釋放掉的node1）插入表頭成爲新的頭結點。

對於線程 1 ，頭結點仍舊爲 node1（或者說頭結點的值，由於在C++中，雖然地址相同，但其內容可能變爲了node3），CAS操做成功，但頭結點以後的子鏈表的狀態已不可預知。

腦補示意圖。。

2.2 與內存模型相關的ABA問題舉例

問題定義已闡述清楚。

3 解決

Java的垃圾回收機制已經幫咱們解決了問題 1.2；至於問題 1.1，加入版本號便可解決。

3.1 AtomicStampedReference

除了對象值，AtomicStampedReference內部還維護了一個「狀態戳」。狀態戳可類比爲時間戳，是一個整數值，每一次修改對象值的同時，也要修改狀態戳，從而區分相同對象值的不一樣狀態。當AtomicStampedReference設置對象值時，對象值以及狀態戳都必須知足指望值，寫入纔會成功。

AtomicStampedReference的幾個API在AtomicReference的基礎上新增了有關時間戳的信息：

//比較設置 參數依次爲：指望值 寫入新值 指望時間戳 新時間戳
public boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp) //得到當前對象引用 public V getReference() //得到當前時間戳 public int getStamp() //設置當前對象引用和時間戳 public void set(V newReference, int newStamp) 複製代碼

3.2 AtomicMarkableReference

AtomicMarkableReference和AtomicStampedReference功能類似，但AtomicMarkableReference描述更加簡單的是與否的關係。它的定義就是將狀態戳簡化爲true|false。以下：

public final static AtomicMarkableReference<String> ATOMIC_MARKABLE_REFERENCE 
    = new AtomicMarkableReference<>("abc" , false); 
複製代碼

操做時：

ATOMIC_MARKABLE_REFERENCE.compareAndSet("abc", "abc2", false, true);
複製代碼

---

本文連接：CAS中的ABA問題
做者：猴子007
出處：monkeysayhi.github.io
本文基於 知識共享署名-相同方式共享 4.0 國際許可協議發佈，歡迎轉載，演繹或用於商業目的，可是必須保留本文的署名及連接。