Java并发:CAS、及CAS中ABA问题解决方案

xiaoxiao2021-02-28  12

【1】CAS方法:CompareAndSwap

1、乐观锁的使用的机制就是CAS。  在CAS方法中,CAS有三个操作数,内存值V,旧的预期值E,要修改的新值U。当且仅当预期值E和内存值V相等时,将内存值V修改为U,否则什么都不做。

2、非阻塞算法(nonblocking algorithms):一个线程的失败或者挂起不应该影响其他线程的失败或挂起的算法。  (1)非阻塞算法简介:https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp04186/  (2)非阻塞算法通常叫作乐观算法,因为它们继续操作的假设是不会有干扰。如果发现干扰,就会回退并重试。

3、CAS方法  (1)CompareAndSwap()就使用了非阻塞算法来代替锁定。  (2)举例:AtomicInteger来研究在没有锁的情况下是如何做到数据正确性的。  在没有锁机制的情况下,要保证线程间的数据是可见的,就会常常用到volatile原语了。  private volatile int value;

可使用如下方法读取内存变量值value:

public final int getValue(){ return value; } 123

递增计数器是如何实现的:

public final int incrementAndGet(){ for(;;){ int current = getValue(); int next = value + 1; if(compareAndSet(current,next)){ return next; } } } 123456789

该方法采用了CAS操作,每次从内存中读取数据然后将此数据和+1后的结果进行CAS操作,如果成功就返回结果,否则重试直到成功为止。  而compareAndSet操作利用了Java本地接口(JNI,Java Native Interface)完成CPU指令的操作:

public final boolean compareAndSet(int expect, int update){ return unsafe.compareAndSwapInt(this,valueOffset,expect,unsafe); } 123 private static final Unsafe unsafe = Unsafe.getUnsafe(); private static final long valueOffset; static { try { valueOffset = unsafe.objectFieldOffset(*.class.getDeclaredField("value")); } catch (Exception ex) { throw new Error(ex); } } 12345678

【2】“ABA”问题

1、可以发现,CAS实现的过程是先取出内存中某时刻的数据,在下一时刻比较并替换,那么在这个时间差会导致数据的变化,此时就会导致出现“ABA”问题。  2、什么是”ABA”问题?  比如说一个线程one从内存位置V中取出A,这时候另一个线程two也从内存中取出A,并且two进行了一些操作变成了B,然后two又将V位置的数据变成A,这时候线程one进行CAS操作发现内存中仍然是A,然后one操作成功。  尽管线程one的CAS操作成功,但是不代表这个过程就是没有问题的。

【3】用AtomicStampedReference/AtomicMarkableReference解决ABA问题

例子:用AtomicStampedReference解决ABA问题:

 

package concur.lock; import java.util.concurrent.TimeUnit; import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference; public class ABA { private static AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(100); private static AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedRef = new AtomicStampedReference<Integer>(100, 0); 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) { e.printStackTrace(); } boolean c3 = atomicInt.compareAndSet(100, 101); System.out.println(c3); //true } }); intT1.start(); intT2.start(); intT1.join(); intT2.join(); Thread refT1 = new Thread(new Runnable() { @Override public void run() { try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, atomicStampedRef.getStamp(), atomicStampedRef.getStamp()+1); 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("before sleep : stamp = " + stamp); // stamp = 0 try { TimeUnit.SECONDS.sleep(2); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("after sleep : stamp = " + atomicStampedRef.getStamp());//stamp = 1 boolean c3 = atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, stamp, stamp+1); System.out.println(c3); //false } }); refT1.start(); refT2.start(); } }

 

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