CAS中ABA问题的解决

什么是CAS？

Compare and Swap (比较交换)，使用CAS来保证线程的对变量的原子操作，避免被其他线程所干扰。

CAS原理：其中包含三个参数

1. 要修改的变量

2. 变量的预期值

3. 要更性的参数

   在更新数据时，CAS先判断变量中的值与预期值，如果一致则更新为新值,如果变量的值与预期值不 一致，表示当前操作被其他线程干扰，此时线程不会阻塞而是自旋等待(自旋锁),重复以上操作，CAS操作即 使没有锁，也可以发现其他线程对当前线程的干扰，并进行恰当的处理。

   CAS在Java层面虽然没有使用锁保证原子性，但是在底层汇编对“比较替换”进行加锁保证其原子性操作。

4. CAS可能存在的问题

   1. CPU开销较大

      在并发较高的情况下，如果许多线程反复尝试更改一个变量，却一直更新不成功，循环往复，会给CPU带来很大压力。看可以通过设置默认自旋次数来减少CPU消耗。

   2. 不能保证代码原子性

      CAS机制所保证的只是一个变量的原子性操作，而不能保证整个代码块的原子性。比如需要保证3个变量共同进行原子性的更新，就不得不使用synchronized了。

   3. ABA问题

      这是CAS机制存在的最大的问题。

ABA问题

什么是ABA问题？

-在使用CAS进行变量的原子性操作时，先要获取一个预期值，然后再判断预期值与实际的值是否相同，如果相同则继续修改变量。由于CAS操作没有使用重量级锁，如果获得一个预期值后，实际的值被其他线程篡改为其他值，然后又被改回到原有的值，对于原线程来说，实际值和预期值是一样的，但实际上值已经被修改过。这样的问题就是ABA问题

例如:t1线程进行CAS操作，获取的预期值为"A",在t1线程进行"比较交换"前，t2线程进入并将变量的值 由"A"改为"B",然后又重新改回到"A"并退出，此时对于t1线程来说，实际值和预期值都是"A",就可以 做"比较并交换"操作，但实际上，实际值"A"已被修改过。

如何解决ABA问题

上述例子看似没有问题，但是结合实际就会发现其问题所在，举例如下：

，假设有一个遵循CAS的取款机，小明去取款机取款，此使账户余额100元,小明要取款50,但是由于故障取款机执行了两次取款线程:

• 线程1:取款50,余额50

• 线程2:取款50,余额50(失败)

  理想状况下之只能有一个线程执行成功,另一个线程执行失败,进入等待,但是此时小明的母亲给小明转账50元,此时:

• 线程3:存款50,余额100元

  由于线程3执行成功,小明账户余额又到达了100元,此时线程2,通过cas比较交换,发现前后数据一致,所以可以进行数据改写.如下:

• 线程2:取款50,余额50

  此时不难发现小明的余额少了50元.这就是ABA问题.那么我们如何解决呢?

• 我们可以使用CAS中的"原子引用"来解决ABA问题.

  原子引用是基于乐观锁的思想,为CAS中的每个操作添加一个版本号,每次执行成功之后,都会对版本号进行+1操作,每次更新数据之前都会对比版本号,观察是否有其他线程进行干扰.如果版本号一制则继续,不一致进入自旋.

  Java中提供了AtomicStampedReference类来实现原子引用并可以设置版本号