CAS算法与ABA问题
锁是用来做并发最简单的方式,当然代价也是最高的。
独占锁是一种悲观锁,synchronized就是一种独占锁;它假设最坏的情况,并且只有在确保其它线程不会造成干扰的情况下执行,会导致其它所有需要锁的线程挂起直到持有锁的线程释放锁。
所谓乐观锁就是每次不加锁,假设没有冲突而去完成某项操作;如果发生冲突了那就去重试,直到成功为止。
CAS(Compare And Swap)是一种有名的无锁算法。CAS算法是乐观锁的一种实现。CAS有3个操作数,内存值V,旧的预期值A,要修改的新值B。当且仅当预期值A和内存值V相同时,将内存值V修改为B并返回true,否则返回false。
注:synchronized和ReentrantLock都是悲观锁。
注:什么时候使用悲观锁效率更高、什么使用使用乐观锁效率更高,要根据实际情况来判断选择。
提示:atomic中包下的类,采用的即为CAS乐观算法。
以AtomicInteger的public final int getAndSet(int newValue)方法,进行简单说明,
该方法是这样的:
其调用了Unsafe类的public final int getAndSetInt(Object var1, long var2, int var4)方法:
而该方法又do{…}while(…)循环调用了本地方法public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5);
注:至于Windows/Linux下public final native boolean compareAndSwapInt(Object var1, long var2, int var4, int var5)本地
方法是如何实现的,推荐阅读https://blog.csdn.net/v123411739/article/details/79561458。
CAS(Compare And Swap)原理简述:
某一线程执行一个CAS逻辑(如上图线程A),如果中途有其他线程修改了共享变量的值(如:上图中线程A执行到笑脸那一刻时),导致这个线程的CAS逻辑运算后得到的值与期望结果不一致,那么这个线程会再次执行CAS逻辑(这里是一个do while循环),直到成功为止。
注:可能上图中某些地方写得并不规范,主要理解意思即可,不要在意细节。
ABA问题:
如图所示,线程A进行CAS逻辑,在从内存中获取到var值到开始进行逻辑之间(对应图中笑脸处),会有一个时间差;如果刚好在这个时间差内,有其他某线程对var做了一系列的操作,但最后又恢复了var的值,即:出现“偷梁换柱”的情况;虽然此时线程A仍然能CAS成功,但是中间多出的那些过程仍然可能引发问题。
注:可能上图中某些地方写得并不规范,主要理解意思即可,不要在意细节。
注:上图A变为B再变回A,A的属性被修改了,如果程序此时刚好需要用上A的属性,那么就可能造成实际结果与理想结果不
一致的情况。
注:根据实际情况,判断是否处理ABA问题。如果ABA问题并不会影响我们的业务结果,可以选择性处理或不处理;如果
ABA会影响我们的业务结果的,这时就必须处理ABA问题了。
追注:对于AtomicInteger等,没有什么可修改的属性;且我们只在意其结果值,所以对于这些类来说,本身就算发生了
ABA现象,也不会对原线程的结果造成什么影响。
解决ABA问题:
我们可以通过加一个标识来解决这个问题;即:所有要用到某一共享引用的线程,如果在用到该引用时,都对该引用对应的标识进行推进的话,那么CAS在进行“上图中笑脸前笑脸后”对比时,除了要对比原来的引用(上图中的A)外,还要对比标识的值是否一样,这样就解决了ABA问题。
注:可能上图中某些地方写得并不规范,主要理解意思即可,不要在意细节。
注:这个标识只有一个职责,那就是计数,我们并不拿其值做什么业务有关的操作。
注:各种乐观锁的实现中通常都会用版本戳version来标记对象,进而避免ABA问题。在Java中,
AtomicMarkableReference<V>、AtomicStampedReference<V>也实现了这个作用。
画黄线的英文的意思为:AtomicMarkableReference<V>、可以给一个引用标记上一个标记位,来保证原子性。AtomicStampedReference<V>可以给一个引用标记上一个整型的版本戳,来保证原子性。
注:个人感觉AtomicStampedReference<V>使用相对较多,下面也只简单介绍AtomicStampedReference<V>。
给出AtomicStampedReference<V>部分API:
注:更多细节详见API手册。
声明:下列示例均为笔者按照自己的理解敲的示例,如有不当之处,欢迎指正!
代码简单示例ABA问题的发生:
运行主函数,控制台输出结果为:
代码简单示例解决ABA问题的思路:
运行主函数,控制台输出结果为:
笔者将本人多线程一栏中博客涉及到的所有代码示例(Lock分开放在一个专门的项目、synchronized的代码附在该文章末尾),放在GIT上了(链接见本文末),这里先给出一个所涉及内容图:
^_^ 如有不当之处,欢迎指正
^_^ 参考视频
《Java多线程与并发实战视频课程》,齐毅
^_^ 参考链接
https://www.cnblogs.com/onlywujun/articles/3529572.html
https://www.cnblogs.com/549294286/p/3766717.html
https://blog.csdn.net/v123411739/article/details/79561458
https://www.cnblogs.com/exceptioneye/p/5373498.html
^_^ 多线程一栏所有测试示例代码,托管链接
https://github.com/JustryDeng/PublicRepository
^_^ 本文已经被收录进《程序员成长笔记(三)》,笔者JustryDeng
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