并发编程之CAS（二）
程序员文章站
2022-05-04 12:51:25
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本篇文章将从以下几个内容来阐述CAS:
- [CAS原理]
- [CAS带来的ABA问题]
一、什么是CAS？
在计算机科学中，比较和交换（Conmpare And Swap）是用于实现多线程同步的原子指令。 它将内存位置的内容与给定值进行比较，只有在相同的情况下，将该内存位置的内容修改为新的给定值。 这是作为单个原子操作完成的。 原子性保证新值基于最新信息计算; 如果该值在同一时间被另一个线程更新，则写入将失败。 操作结果必须说明是否进行替换; 这可以通过一个简单的布尔响应（这个变体通常称为比较和设置），或通过返回从内存位置读取的值来完成（摘自维基本科）
JAVA1.5开始引入了CAS，主要代码都放在JUC的atomic包下，如下图：
二、CAS(Compare And Swap)导致的ABA问题
问题描述
多线程情况下，每个线程使用CAS操作欲将数据A修改成B，当然我们只希望只有一个线程能够正确的修改数据，并且只修改一次。当并发的时候，其中一个线程已经将A成功的改成了B，但是在线程并发调度过程中尚未被调度，在这个期间，另外一个线程(不在并发中的请求线程)将B又修改成了A，那么原来并发中的线程又可以通过CAS操作将A改成B
测试用例:
public class AbaPro {
private static final Random RANDOM = new Random();
private static final String B = "B";
private static final String A = "A";
public static final AtomicReference<String> ATOMIC_REFERENCE = new AtomicReference<>(A);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final CountDownLatch startLatch = new CountDownLatch(1);
Thread[] threads = new Thread[20];
for (int i=0; i < 20; i++){
threads[i] = new Thread(){
@Override
public void run() {
String oldValue = ATOMIC_REFERENCE.get();
try {
startLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
Thread.sleep(RANDOM.nextInt()&500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (ATOMIC_REFERENCE.compareAndSet(oldValue, B )){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 已经对原始值进行了修改,此时值为: "+ ATOMIC_REFERENCE.get());
}
}
};
threads[i].start();
}
startLatch.countDown();
Thread.sleep(200);
new Thread(){
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(RANDOM.nextInt() & 200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
String oldVal = ATOMIC_REFERENCE.get();
while (!ATOMIC_REFERENCE.compareAndSet(ATOMIC_REFERENCE.get(), A));
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" 已经将值 "+oldVal+" 修改成原始值: A");
}
}.start();
}
}
结果:
Thread-12 已经对原始值进行了修改,此时值为: B
Thread-20 已经将值 B 修改成原始值: A
Thread-14 已经对原始值进行了修改,此时值为: B
可以看到并发中的线程Thread-12已经成功的将A修改成B，其他线程Thread-20在某一时刻将B修改成A，而并发中的线程Thread-14又能再次成功的将A修改成B，虽然最终结果是B,但是中途经历了一次被修改的过程，在某些情况下是致使的
解决方案
java中提供了AtomicStampedReference来解决这个问题，它是基于版本或者是一种状态，在修改的过程中不仅对比值，也同时会对比版本号
public class AabProResolve {
private static final Random RANDOM = new Random();
private static final String B = "B";
private static final String A = "A";
private static final AtomicStampedReference<String> ATOMIC_STAMPED_REFERENCE = new AtomicStampedReference<>(A,0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
final CountDownLatch startLatch = new CountDownLatch(1);
Thread[] threads = new Thread[20];
for (int i=0; i < 20; i++){
threads[i] = new Thread(){
@Override
public void run() {
String oldValue = ATOMIC_STAMPED_REFERENCE.getReference();
int stamp = ATOMIC_STAMPED_REFERENCE.getStamp();
try {
startLatch.await();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
try {
Thread.sleep(RANDOM.nextInt() & 500);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
if (ATOMIC_STAMPED_REFERENCE.compareAndSet(oldValue, B, stamp, stamp+1)){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 已经对原始值: "+oldValue+" 进行了修改,此时值为: "+ ATOMIC_STAMPED_REFERENCE.getReference());
}
}
};
threads[i].start();
}
Thread.sleep(200);
startLatch.countDown();
new Thread(){
@Override
public void run() {
try {
Thread.sleep(RANDOM.nextInt() & 200);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
int stamp = ATOMIC_STAMPED_REFERENCE.getStamp();
String oldVal = ATOMIC_STAMPED_REFERENCE.getReference();
while (!ATOMIC_STAMPED_REFERENCE.compareAndSet(
B,
A,stamp, stamp+1)){
stamp = ATOMIC_STAMPED_REFERENCE.getStamp();
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() +" 已经将值 "+oldVal+" 修改成原始值: A");
}
}.start();
}
}
结果:
Thread-1 已经对原始值: A 进行了修改,此时值为: B
Thread-20 已经将值 B 修改成原始值: A
可以看到并发期间的线程只有Thread-1对A进行了修改，保证了只有一个线程对数据的修改，短暂的并发时间之后的其他线程Thread-20对其修改自然也就没有影响
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参考：https://blog.csdn.net/u013887008/article/details/79784298
https://www.cnblogs.com/javalyy/p/8882172.html