淺談Java中ABA問題及避免
本文主要研究的是關(guān)于Java中ABA問題及避免的相關(guān)內(nèi)容，具體如下。
在《Java并發(fā)實(shí)戰(zhàn)》一書的第15章中有一個(gè)用原子變量實(shí)現(xiàn)的并發(fā)棧，代碼如下：
public class Node {
public final String item;
public Node next;
public Node(String item){
this.item = item;
}
}
public class ConcurrentStack {
AtomicReference<Node> top = new AtomicReference<Node>();
public void push(String item){
Node newTop = new Node(item);
Node oldTop;
do{
oldTop = top.get();
newTop.next = oldTop;
}
while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop));
}
public String pop(){
Node newTop;
Node oldTop;
do{
oldTop = top.get();
if(oldTop == null){
return null;
}
newTop = oldTop.next;
}
while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop));
return oldTop.item;
}
}
這個(gè)例子并不會(huì)引發(fā)ABA問題，至于為什么不會(huì)，后面再講解，下面先講一下ABA問題
什么是ABA？
引用原書的話：如果在算法中的節(jié)點(diǎn)可以被循環(huán)使用，那么在使用“比較并交換”指令就可能出現(xiàn)這種問題，在CAS操作中將判斷“V的值是否仍然為A？”，并且如果是的話就繼續(xù)執(zhí)行更新操作，在某些算法中，如果V的值首先由A變?yōu)锽，再由B變?yōu)锳，那么CAS將會(huì)操作成功
ABA的例子
有時(shí)候，ABA造成的后果很嚴(yán)重，下面將并發(fā)棧的例子修改一下，看看ABA會(huì)造成什么問題：
public class Node {
public final String item;
public Node next;
public Node(String item){
this.item = item;
}
}
public class ConcurrentStack {
AtomicReference<Node> top = new AtomicReference<Node>();
public void push(Node node){
Node oldTop;
do{
oldTop = top.get();
node.next = oldTop;
}
while(!top.compareAndSet(oldTop, node));
}
public Node pop(int time){
Node newTop;
Node oldTop;
do{
oldTop = top.get();
if(oldTop == null){
return null;
}
newTop = oldTop.next;
TimeUnit.SECONDS.sleep(time);
}
while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop));
return oldTop;
}
}
注意這里的變化，Node基本沒有變化
重點(diǎn)關(guān)注ConcurrentStack的變化
1、push方法：原來是使用內(nèi)容構(gòu)造Node，現(xiàn)在直接傳入Node，這樣就符合了“在算法中的節(jié)點(diǎn)可以被循環(huán)使用”這個(gè)要求
2、pop方法的sleep，這是模擬線程的執(zhí)行情況，以便觀察結(jié)果
我們先往stack中壓入兩個(gè)Node：
ConcurrentStack stack = new ConcurrentStack();
stack.push(new Node("A"));
stack.push(new Node("B"));
然后創(chuàng)建兩個(gè)線程來執(zhí)行出入棧的操作
線程A先執(zhí)行出棧：讓NodeA出棧
stack.pop(3);
因?yàn)槟承┰?，線程A執(zhí)行出棧比較久，用了3s
線程B執(zhí)行出棧之后再入棧：先然NodeA和NodeB出棧，然后讓NodeD，NodeC，NodeA入棧（NodeA在棧頂）
Node A = stack.pop(0);
stack.pop(0);
stack.push(new Node("D"));
stack.push(new Node("C"));
stack.push(A);
注意：線程B實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的循環(huán)利用，它先將棧里面的內(nèi)容全部出棧，然后入棧，最后棧頂?shù)膬?nèi)容是之前出棧的Node
線程B執(zhí)行完這些動(dòng)作之后，線程A才執(zhí)行CAS，此時(shí)CAS是可以執(zhí)行成功的
按照原來的想法，線程A和B執(zhí)行之后，stack的內(nèi)容應(yīng)該是：C和D，C在棧頂，但這里的執(zhí)行結(jié)果卻是Stack中什么都沒有，這就是ABA問題
如何避免ABA問題
Java中提供了AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference來解決ABA問題
AtomicStampedReference可以原子更新兩個(gè)值：引用和版本號(hào)，通過版本號(hào)來區(qū)別節(jié)點(diǎn)的循環(huán)使用，下面看AtomicStampedReference的例子：
public class ConcurrentStack {
AtomicStampedReference<Node> top = new AtomicStampedReference<Node>(null,0);
public void push(Node node){
Node oldTop;
int v;
do{
v=top.getStamp();
oldTop = top.getReference();
node.next = oldTop;
}
while(!top.compareAndSet(oldTop, node,v,v+1));
// }while(!top.compareAndSet(oldTop, node,top.getStamp(),top.getStamp()+1));
}
public Node pop(int time){
Node newTop;
Node oldTop;
int v;
do{
v=top.getStamp();
oldTop = top.getReference();
if(oldTop == null){
return null;
}
newTop = oldTop.next;
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(time);
}
catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop,v,v+1));
// }while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop,top.getStamp(),top.getStamp()));
return oldTop;
}
public void get(){
Node node = top.getReference();
while(node!=null){
System.out.println(node.getItem());
node = node.getNode();
}
}
}
注意：不能使用注釋中的方式，否則就和單純使用原子變量沒有區(qū)別了
AtomicMarkableReference可以原子更新一個(gè)布爾類型的標(biāo)記位和引用類型，看下面的例子：
AtomicMarkableReference<Node> top = new AtomicMarkableReference<Node>(null,true);
public void push(Node node){
Node oldTop;
Boolean v;
do{
v=top.isMarked();
oldTop = top.getReference();
node.next = oldTop;
}
while(!top.compareAndSet(oldTop, node,v,!v));
}
總結(jié)
以上就是本文關(guān)于淺談Java中ABA問題及避免的全部內(nèi)容，希望對(duì)大家有所幫助。感興趣的朋友可以繼續(xù)參閱本站其他相關(guān)專題，如有不足之處，歡迎留言指出。感謝朋友們對(duì)本站的支持！
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