关于并发:JAVA并发编程CAS概念以及ABA问题

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1.CAS 根底概念
CAS 顾名思义，就是 Compare And Swap(比拟并替换)，简略一点就是说：咱们想扭转一个变量的值的时候，工作内存会读取当初内存中的值，而后咱们对这个值进行一系列的操作之后，再将这个值更新回主存中，这个时候，咱们要比拟一下主存当初的值和之前读取的值，是否在操作这个变量的工夫内，被其它线程更改了值，如果主存中值和之前读取的值内容雷同，则替换。

咱们用代码进行解释：

public class CASDemo {public static void main(String[] args) {
        // 先设置一个原子变量，这个变量有 CAS 的办法 设置原值为 5
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(5);
        // 比拟并替换，设置期望值为 5，替换值为 2021
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2021) + "value is" + atomicInteger.get());
        // 此时期望值曾经被改成了 2021，再比拟并替换，在期望值为 5 的状况下，会报错
        System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(5, 2022) + "value is" + atomicInteger.get());
    }
}

当然咱们平时个别用这个类的这个办法不多，咱们用的多的都是

atomicInteger.getAndIncrement();

这个办法会用 cas 进行策略进行自增操作，接下来咱们来读一读他的源码

2.CAS 底层原理（自旋锁）
atomicInteger.getAndIncrement(); 这个办法咱们来点击进入

    public final int getAndIncrement() {return unsafe.getAndAddInt(this, valueOffset, 1);
    }

咱们能够看到，他调用了一个 unsafe 类，而后传了本对象，valueOffset, 和 1，unsafe 类咱们先放一放，先解释一下 valueOffset。
valueOffset 是变量的内存偏移量地址，是保留这个 对象的属性在内存中的地位，比如说我这个 atomicInteger 变量的数值是 1，valueOffset 就保留了 1 这个变量在内存中的地位。

而后咱们再往 unsafe 类里点

   public final int getAndAddInt(Object var1, long var2, int var4) {
        int var5;
        do {var5 = this.getIntVolatile(var1, var2);
        } while(!this.compareAndSwapInt(var1, var2, var5, var5 + var4));

        return var5;
    }

看了源码，咱们大略就能够明确了，传入 atomicInteger(var1)对象后，通过这个对象和内存偏移量 (var2)，应用 getIntVolatile 办法找到这个值的地位，而后通过 this.compareAndSwapInt 办法，比拟并替换， 如果胜利就 +1，如果失败就始终循环，这就是自旋锁。

因为这几个类都是在 unsafe 类里调用的，咱们当初能够看出，unsafe 类的作用：

是 cas 的外围类，因为 java 办法无法访问零碎底层，而要通过 native 办法调用，unsafe 相当于一个后门，基于该类能够间接操作特定内存的数据，unsafe 类位于 sum.misc 包中，其外部办法操作能够像 C 的指针一样操作内存，因为 java 中 cas 的操作依赖于 unsafe 类。

3.CAS 产生的 ABA 问题

咱们先解释一下什么是 ABA 问题：
假如咱们当初有两个线程，有一个共有变量 T, 线程 A 要把 T 从 2 改成 5，须要十秒钟工夫，线程 B 在两秒钟之内把 T 改成了 3，又把 T 改回了 2，尽管在 A 线程眼里看来，T 值并未产生扭转，然而 T 中途也是被扭转过的，就是 2 ->3 ->2。
A 线程毫无感知。
只管 A 线程毫无感知并且操作胜利，然而这并不代表程序有问题。

4. 如何解决 ABA 问题

咱们先介绍一个类：
AtomicReference 原子援用类

这个类提供了一个能够原子读写的对象，和 AtomicInteger 雷同，不过这个类提供了一个泛型，能够指定读写的对象类型，意味着操作 AtomicReference 的多个线程，不会让他达到一个最终不统一的状态。他也有 compareAndSet 办法，用法与之前讲过的雷同。

public class AtomicReferenceDemo {public static void main(String[] args) {AtomicReference<AtomicUser> atomicReference = new AtomicReference();

        AtomicUser user1 = new AtomicUser("小明", 15);
        AtomicUser user2 = new AtomicUser("小王", 17);

        atomicReference.set(user1);

        System.out.println(atomicReference.compareAndSet(user1, user2));

    }

}

然而，这个类还不能解决 ABA 问题，所以，咱们要用更高级的一个类：
AtomicStampReference 原子援用工夫戳类

他在设置类的时候，还多加了一个版本号，进行双重校验：
比方之前 T 变量的值从 2 ->3 ->2 然而与此同时，该变量值的版本也产生了变动 1 ->2 ->3 所以，在双重校验的时候，如果任何一个变量不统一，都会产生批改失败的景象。

咱们来看一下源码：

    // 须要传两个参数，一个对象变量类型，一个版本号
    public AtomicStampedReference(V initialRef, int initialStamp) {pair = Pair.of(initialRef, initialStamp);
    }

再看一下 compareAndSet 源码

// 须要同时传入两个原子变量和两个版本号
    public boolean compareAndSet(V   expectedReference,
                                 V   newReference,
                                 int expectedStamp,
                                 int newStamp) {
        Pair<V> current = pair;
        return
            expectedReference == current.reference &&
            expectedStamp == current.stamp &&
            ((newReference == current.reference &&
              newStamp == current.stamp) ||
             casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
    }

以上便是笔者近期学习的内容，发现常识还是须要以教代学，会更容易造成零碎，防止常识孤岛的忘记。

正文完