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Java并發(fā)的CAS原理與ABA問題的講解

更新時(shí)間：2019年01月29日 10:55:14 作者：JimmyU1

今天小編就為大家分享一篇關(guān)于Java并發(fā)的CAS原理與ABA問題的講解，小編覺得內(nèi)容挺不錯(cuò)的，現(xiàn)在分享給大家，具有很好的參考價(jià)值，需要的朋友一起跟隨小編來看看吧

CAS原理

在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，比較和交換（Compare And Swap）是用于實(shí)現(xiàn)多線程同步的原子指令。它將內(nèi)存位置的內(nèi)容與給定值進(jìn)行比較，只有在相同的情況下，將該內(nèi)存位置的內(nèi)容修改為新的給定值。這是作為單個(gè)原子操作完成的。原子性保證新值基于最新信息計(jì)算; 如果該值在同一時(shí)間被另一個(gè)線程更新，則寫入將失敗。操作結(jié)果必須說明是否進(jìn)行替換; 這可以通過一個(gè)簡(jiǎn)單的布爾響應(yīng)（這個(gè)變體通常稱為比較和設(shè)置），或通過返回從內(nèi)存位置讀取的值來完成（摘自維基本科）

CAS流程

以AtomicInteger.addAndGet()為例講解CAS

javadoc

public final int addAndGet(int delta)
Atomically adds the given value to the current value, with memory effects as specified by VarHandle.getAndAdd(java.lang.Object…).
Parameters:
delta - the value to add
Returns:
the updated value

在Java的源碼中

public final int addAndGet(int delta) {
  return U.getAndAddInt(this, VALUE, delta) + delta;
}

這里的VALUE是在該類初始化的時(shí)候獲取到的，理解一下就是這時(shí)候我們調(diào)用unsafe的objectFieldOffset從Atomic類文件中獲取value的偏移量，那么VALUE其實(shí)就是記錄value的偏移量的。

VALUE準(zhǔn)確的是value這個(gè)字段相對(duì)與AtomicInteger這個(gè)對(duì)象內(nèi)存起始地址的偏移量，由于這個(gè)方法的最底層是JNI調(diào)用native的方法，所以需要傳入這個(gè)值。

private static final long VALUE = U.objectFieldOffset(AtomicInteger.class, "value");

繼續(xù)往下執(zhí)行：

/**
 * Atomically adds the given value to the current value of a field
 * or array element within the given object {@code o}
 * at the given {@code offset}.
 * @param o object/array to update the field/element in
 * @param offset field/element offset
 * @param delta the value to add
 * @return the previous value
 * @since 1.8
 **/
@HotSpotIntrinsicCandidate
public final int getAndAddInt(Object o, long offset, int delta) {
  int v;
  do {
    v = getIntVolatile(o, offset);
  } while (!weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta));
  return v;
}

@HotSpotIntrinsicCandidate
public final boolean weakCompareAndSetInt(Object o, long offset,
                     int expected,
                     int x) {
  return compareAndSetInt(o, offset, expected, x);
}

如果obj內(nèi)的value和expect相等，就證明沒有其他線程改變過這個(gè)變量，那么就更新它為update，如果這一步的CAS沒有成功，那就采用自旋的方式繼續(xù)進(jìn)行CAS操作。從代碼中看著也是兩個(gè)步驟，但其實(shí)在JNI里是借助于一個(gè)CPU指令完成的，實(shí)際還是原子操作。

ABA問題

產(chǎn)生ABA問題的原因

CAS需要在操作值的時(shí)候檢查下值有沒有發(fā)生變化，如果沒有發(fā)生變化則更新，但是如果一個(gè)值原來是A，變成了B，又變成了A，那么使用CAS進(jìn)行檢查時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)它的值沒有發(fā)生變化，但是實(shí)際上卻變化了。這就是CAS的ABA問題。

如何規(guī)避ABA問題

常用的辦法是在更新數(shù)據(jù)的時(shí)候加入版本號(hào)，以版本號(hào)來控制更新。