Java并發(fā)：CAS、ABA問題、ABA問題解決方案

liang1234_ 2019-01-30

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【1】鎖

1、加鎖的機制
參見：java線程安全和鎖機制詳解
網(wǎng)址：http://smallbug-vip./blog/2275743

2、鎖的機制有如下問題
（1）在多線程環(huán)境下，加鎖、釋放鎖會導(dǎo)致比較多的上下文切換和調(diào)度延時，從而引起性能問題。
（2）一個線程持有鎖會導(dǎo)致其他所有需要此鎖的線程掛起。
（3）如果一個優(yōu)先級高的線程等待一個優(yōu)先級低的線程釋放鎖會導(dǎo)致優(yōu)先級倒置，引起性能風(fēng)險。

3、悲觀鎖和樂觀鎖
（1）獨占鎖：是一種悲觀鎖，synchronized就是一種獨占鎖，會導(dǎo)致其它所有需要鎖的線程掛起，等待持有鎖的線程釋放鎖。
樂觀鎖：每次不加鎖，假設(shè)沒有沖突去完成某項操作，如果因為沖突失敗就重試，直到成功為止。
（2）volatile是不錯的機制，但是volatile不能保證原子性。因此，對于同步問題最終還是要回到鎖機制上來。
【優(yōu)質(zhì)文章】深入理解Java內(nèi)存模型（四）——volatile:http://www./lib/view/open1459412319988.html

【2】CAS方法：CompareAndSwap

1、樂觀鎖的使用的機制就是CAS。
在CAS方法中，CAS有三個操作數(shù)，內(nèi)存值V，舊的預(yù)期值E，要修改的新值U。當(dāng)且僅當(dāng)預(yù)期值E和內(nèi)存值V相等時，將內(nèi)存值V修改為U，否則什么都不做。

2、非阻塞算法（nonblocking algorithms）：一個線程的失敗或者掛起不應(yīng)該影響其他線程的失敗或掛起的算法。
（1）非阻塞算法簡介：https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-jtp04186/
（2）非阻塞算法通常叫作樂觀算法，因為它們繼續(xù)操作的假設(shè)是不會有干擾。如果發(fā)現(xiàn)干擾，就會回退并重試。

3、CAS方法
（1）CompareAndSwap()就使用了非阻塞算法來代替鎖定。
（2）舉例：AtomicInteger來研究在沒有鎖的情況下是如何做到數(shù)據(jù)正確性的。
在沒有鎖機制的情況下，要保證線程間的數(shù)據(jù)是可見的，就會常常用到volatile原語了。
private volatile int value;

可使用如下方法讀取內(nèi)存變量值value：

public final int getValue(){
    return value;
}1
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遞增計數(shù)器是如何實現(xiàn)的：

public final int incrementAndGet(){
    for(;;){
        int current = getValue();
        int next = value + 1;
        if(compareAndSet(current,next)){
            return next;
        }
    }
}1
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該方法采用了CAS操作，每次從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)然后將此數(shù)據(jù)和+1后的結(jié)果進(jìn)行CAS操作，如果成功就返回結(jié)果，否則重試直到成功為止。
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);
}1
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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); }
}1
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【3】“ABA”問題

1、可以發(fā)現(xiàn)，CAS實現(xiàn)的過程是先取出內(nèi)存中某時刻的數(shù)據(jù)，在下一時刻比較并替換，那么在這個時間差會導(dǎo)致數(shù)據(jù)的變化，此時就會導(dǎo)致出現(xiàn)“ABA”問題。
2、什么是”ABA”問題？
比如說一個線程one從內(nèi)存位置V中取出A，這時候另一個線程two也從內(nèi)存中取出A，并且two進(jìn)行了一些操作變成了B，然后two又將V位置的數(shù)據(jù)變成A，這時候線程one進(jìn)行CAS操作發(fā)現(xiàn)內(nèi)存中仍然是A，然后one操作成功。
盡管線程one的CAS操作成功，但是不代表這個過程就是沒有問題的。