并发编程 — AtomicStampedReference 详解

AtomicInteger、AtomicBoolean、AtomicLong、AtomicReference 这些原子类型，它们无一例外都采用了基于 volatile 关键字 +CAS 算法无锁的操作方式来确保共享数据在多线程操作下的线程安全性。

volatile关键字保证了线程间的可见性，当某线程操作了被volatile关键字修饰的变量，其他线程可以立即看到该共享变量的变化。
CAS算法，即对比交换算法，是由UNSAFE提供的，实质上是通过操作CPU指令来得到保证的。CAS算法提供了一种快速失败的方式，当某线程修改已经被改变的数据时会快速失败。
当CAS算法对共享数据操作失败时，因为有自旋算法的加持，我们对共享数据的更新终究会得到计算。

总之，原子类型用自旋+CAS的无锁操作保证了共享变量的线程安全性和原子性。

绝大多数情况下，CAS算法并没有什么问题，但是在需要关心变化值的操作中会存在 ABA 的问题，比如一个值原来是A，变成了B，后来又变成了A，那么CAS检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却是发生了变化的。

如何避免CAS算法带来的ABA问题呢？针对乐观锁在并发情况下的操作，我们通常会增加版本号，比如数据库中关于乐观锁的实现方式，以此来解决并发操作带来的ABA问题。在Java原子包中也提供了这样的实现AtomicStampedReference<E>。

1、AtomicStampedReference 详解

AtomicStampedReference在构建的时候需要一个类似于版本号的int类型变量stamped，每一次针对共享数据的变化都会导致该 stamped 的变化（stamped 需要应用程序自身去负责，AtomicStampedReference并不提供，一般使用时间戳作为版本号），因此就可以避免ABA问题的出现，AtomicStampedReference的使用也是极其简单的，创建时我们不仅需要指定初始值，还需要设定stamped的初始值，在AtomicStampedReference的内部会将这两个变量封装成Pair对象，代码如下所示。

 静态内部类，封装了 变量引用 和 版本号
private static class Pair<T> {final T reference;  // 变量引用final int stamp;    // 版本号private Pair(T reference, int stamp) {this.reference = reference;this.stamp = stamp;}static <T> Pair<T> of(T reference, int stamp) {return new Pair<T>(reference, stamp);}}private volatile Pair<V> pair;/**** @param initialRef  初始变量引用* @param initialStamp  版本号*/public AtomicStampedReference(V initialRef, int initialStamp) {pair = Pair.of(initialRef, initialStamp);}

2、常用方法

// 构造函数，初始化引用和版本号
public AtomicStampedReference(V initialRef, int initialStamp)// 以原子方式获取当前引用值
public V getReference()// 以原子方式获取当前版本号
public int getStamp()// 以原子方式获取当前引用值和版本号
public V get(int[] stampHolder)// 以原子的方式同时更新引用值和版本号
// 当期望引用值不等于当前引用值时，操作失败，返回false
// 当期望版本号不等于当前版本号时，操作失败，返回false
// 在期望引用值和期望版本号同时等于当前值的前提下
// 当新的引用值和新的版本号同时等于当前值时，不更新，直接返回true
// 当新的引用值和新的版本号不同时等于当前值时，同时设置新的引用值和新的版本号，返回true
public boolean weakCompareAndSet(V  expectedReference,V  newReference,int expectedStamp,int newStamp)// 以原子的方式同时更新引用值和版本号
// 当期望引用值不等于当前引用值时，操作失败，返回false
// 当期望版本号不等于当前版本号时，操作失败，返回false
// 在期望引用值和期望版本号同时等于当前值的前提下
// 当新的引用值和新的版本号同时等于当前值时，不更新，直接返回true
// 当新的引用值和新的版本号不同时等于当前值时，同时设置新的引用值和新的版本号，返回true
public boolean compareAndSet(V   expectedReference,V   newReference,int expectedStamp,int newStamp)// 以原子方式设置引用的当前值为新值newReference
// 同时，以原子方式设置版本号的当前值为新值newStamp
// 新引用值和新版本号只要有一个跟当前值不一样，就进行更新
public void set(V newReference, int newStamp)// 以原子方式设置版本号为新的值
// 前提：引用值保持不变
// 当期望的引用值与当前引用值不相同时，操作失败，返回fasle
// 当期望的引用值与当前引用值相同时，操作成功，返回true
public boolean attemptStamp(V expectedReference, int newStamp)// 使用`sun.misc.Unsafe`类原子地交换两个对象
private boolean casPair(Pair<V> cmp, Pair<V> val)