AtomicStampedReference 指南-Java快速进阶教程

1. 概述

在之前的一篇文章中，我们了解到AtomicStampedReference可以防止ABA问题。

在本教程中，我们将仔细研究如何最好地使用它。

2. 为什么我们需要AtomicStampedReference？

首先，AtomicStampedReference为我们提供了一个对象引用变量和一个我们可以原子读写的标记。我们可以将stamp视为时间戳或版本号。

简而言之，添加戳记允许我们检测另一个线程何时将共享引用从原始引用 A 更改为新的引用 B，然后再更改回原始引用 A。

让我们看看它在实践中的行为。

3. 银行账户示例

考虑一个包含两条数据的银行账户：余额和上次修改日期。每次更改余额时，都会更新上次修改日期。通过观察此最后修改日期，我们可以知道该帐户已更新。

3.1. 读取值及其标记

首先，让我们假设我们的参考对象持有一个账户余额:

AtomicStampedReference<Integer> account = new AtomicStampedReference<>(100,0);

注意，我们提供了 balance：100,stamp： 0.。

要访问余额，可以在帐户成员变量上使用atomicstampereference . getreference()方法。

类似地，我们可以通过atomicstampereference . getstamp()获取。

3.2. 更改值及其标记

现在，让我们回顾一下如何以原子方式设置AtomicStampedReference的值。

如果我们想更改帐户的余额，我们需要更改balance和stamp：

if (!account.compareAndSet(balance, balance + 100, stamp, stamp + 1)) {
    // retry
}Copy

方法返回一个布尔值，指示成功或失败。失败意味着自我们上次阅读以来，balance或stamp发生了变化。

如我们所见，使用它们的获取器很容易检索reference及stamp。

但是如上所述，当我们想要使用 CAS 更新它们的值时，我们需要它们的最新版本。为了以原子方式检索这两条信息，我们需要同时获取它们。

幸运的是，AtomicStampedReference为我们提供了一个基于数组的API来实现这一点。让我们通过实现Account类的withdraw（） 方法来演示它的用法：

public boolean withdrawal(int funds) {
    int[] stamps = new int[1];
    int current = this.account.get(stamps);
    int newStamp = this.stamp.incrementAndGet();
    return this.account.compareAndSet(current, current - funds, stamps[0], newStamp);
}Copy

类似地，我们可以添加deposit（） 方法：

public boolean deposit(int funds) {
    int[] stamps = new int[1];
    int current = this.account.get(stamps);
    int newStamp = this.stamp.incrementAndGet();
    return this.account.compareAndSet(current, current + funds, stamps[0], newStamp);
}Copy

我们刚刚写的内容的好处是，我们可以在提取或存入之前知道没有其他线程改变了余额，甚至回到了我们上次阅读以来的状态。

例如，考虑以下线程交错：

余额设置为 100 美元。线程 1 运行存款 （100） 直到以下点：

int[] stamps = new int[1];
int current = this.account.get(stamps);
int newStamp = this.stamp.incrementAndGet(); 
// Thread 1 is paused hereCopy

这意味着存款尚未完成。

然后，线程 2 运行存款 （100） 和提款 （100），使余额达到 200 美元，然后回到100 美元。

最后，线程 1 运行：

return this.account.compareAndSet(current, current + 100, stamps[0], newStamp);Copy

线程 1 将成功检测到自上次读取以来其他线程更改了帐户余额，即使余额本身与线程 1 读取时相同。

3.3. 测试

测试起来很棘手，因为这取决于非常具体的线程交错。但是，让我们至少编写一个简单的单元测试来验证存款和取款是否有效：

public class ThreadStampedAccountUnitTest {

    @Test
    public void givenMultiThread_whenStampedAccount_thenSetBalance() throws InterruptedException {
        StampedAccount account = new StampedAccount();

        Thread t = new Thread(() -> {
            while (!account.deposit(100)) {
                Thread.yield();
            }
        });
        t.start();

        Thread t2 = new Thread(() -> {
            while (!account.withdrawal(100)) {
                Thread.yield();
            }
        });
        t2.start();

        t.join(10_000);
        t2.join(10_000);

        assertFalse(t.isAlive());
        assertFalse(t2.isAlive());

        assertEquals(0, account.getBalance());
        assertTrue(account.getStamp() > 0);
    }
}Copy

3.4. 选择下一个Stamp

从语义上讲，戳就像时间戳或版本号，因此它通常总是在增加。也可以使用随机数生成器。

这样做的原因是，如果可以将Stamp更改为以前的样子，这可能会破坏AtomicStampedReference的目的。AtomicStampedReference本身并不强制实施此约束，因此我们有责任遵循这种做法。

4. 结论

总之，AtomicStampedReference是一个强大的并发实用程序，它提供了可以原子读取和更新的引用和标记。它是为 A-B-A 检测而设计的，应该优先于其他并发类，例如AtomicReference，其中 A-B-A 问题是一个问题。