ABA问题

CAS算法实现一个重要前提需要取出内存中某时刻的数据,而在下时刻比较并替换,那么在这个时间差类会导致数据的变化。

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。如果链表的头在变化了两次后恢复了原值,但是不代表链表就没有变化。因此前面提到的原子操作AtomicStampedReference/AtomicMarkableReference就很有用了。这允许一对变化的元素进行原子操作。

 

在运用CAS做Lock-Free操作中有一个经典的ABA问题:

线程1准备用CAS将变量的值由A替换为B,在此之前,线程2将变量的值由A替换为C,又由C替换为A,然后线程1执行CAS时发现变量的值仍然为A,所以CAS成功。但实际上这时的现场已经和最初不同了,尽管CAS成功,但可能存在潜藏的问题,例如下面的例子:

现有一个用单向链表实现的堆栈,栈顶为A,这时线程T1已经知道A.next为B,然后希望用CAS将栈顶替换为B:

head.compareAndSet(A,B);

在T1执行上面这条指令之前,线程T2介入,将A、B出栈,再pushD、C、A,此时堆栈结构如下图,而对象B此时处于游离状态:

此时轮到线程T1执行CAS操作,检测发现栈顶仍为A,所以CAS成功,栈顶变为B,但实际上B.next为null,所以此时的情况变为:

其中堆栈中只有B一个元素,C和D组成的链表不再存在于堆栈中,平白无故就把C、D丢掉了。

以上就是由于ABA问题带来的隐患,各种乐观锁的实现中通常都会用版本戳version来对记录或对象标记,避免并发操作带来的问题,在Java中,AtomicStampedReference<E>也实现了这个作用,它通过包装[E,Integer]的元组来对对象标记版本戳stamp,从而避免ABA问题,例如下面的代码分别用AtomicInteger和AtomicStampedReference来对初始值为100的原子整型变量进行更新,AtomicInteger会成功执行CAS操作,而加上版本戳的AtomicStampedReference对于ABA问题会执行CAS失败:

 

package javaplay;

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();
				// stamp = 0
				System.out.println("before sleep : stamp = " + stamp);
				try {
					TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				// stamp = 2
				System.out.println("after sleep : stamp = " + atomicStampedRef.getStamp());

				boolean c3 = atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, stamp, stamp + 1);
				System.out.println(c3); // false
			}
		});

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

}

 

 

 

 

 

posted @ 2016-09-05 12:33  john8169  阅读(4161)  评论(0编辑  收藏