CAS中ABA问题的解决

转自(here)   CAS问题的产生

 

在运用CAS做Lock-Free操作中有一个经典的ABA问题：

线程1准备用CAS将变量的值由A替换为B，在此之前，线程2将变量的值由A替换为C，又由C替换为A，然后线程1执行CAS时发现变量的值仍然为A，所以CAS成功。但实际上这时的现场已经和最初不同了，尽管CAS成功，但可能存在潜藏的问题，例如下面的例子：

现有一个用单向链表实现的堆栈，栈顶为A，这时线程T1已经知道A.next为B，然后希望用CAS将栈顶替换为B：

head.compareAndSet(A,B);

在T1执行上面这条指令之前，线程T2介入，将A、B出栈，再pushD、C、A，此时堆栈结构如下图，而对象B此时处于游离状态：

此时轮到线程T1执行CAS操作，检测发现栈顶仍为A，所以CAS成功，栈顶变为B，但实际上B.next为null，所以此时的情况变为：

其中堆栈中只有B一个元素，C和D组成的链表不再存在于堆栈中，平白无故就把C、D丢掉了。

以上就是由于ABA问题带来的隐患，各种乐观锁的实现中通常都会用版本戳version来对记录或对象标记，避免并发操作带来的问题，在Java中，AtomicStampedReference<E>也实现了这个作用，它通过包装[E,Integer]的元组来对对象标记版本戳stamp，从而避免ABA问题，例如下面的代码分别用AtomicInteger和AtomicStampedReference来对初始值为100的原子整型变量进行更新，AtomicInteger会成功执行CAS操作，而加上版本戳的AtomicStampedReference对于ABA问题会执行CAS失败：

public class Test {
    private static AtomicInteger atomicInt = new AtomicInteger(100);
    private static AtomicStampedReference atomicStampedRef = new AtomicStampedReference(100, 0);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
       Thread intT1 = new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
              atomicInt.compareAndSet(100, 101);
              atomicInt.compareAndSet(101, 100);
           }
       });

       Thread intT2 = new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
              try {
                  TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
              } catch (InterruptedException e) {
              }
              boolean c3 = atomicInt.compareAndSet(100, 101);
              System.out.println(c3); // true
           }
       });

       intT1.start();
       intT2.start();
       intT1.join();
       intT2.join();

       Thread refT1 = new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run()
              try {
                  TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
              } catch (InterruptedException e) {
              }
              atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, atomicStampedRef.getStamp(), atomicStampedRef.getStamp() + 1);
              atomicStampedRef.compareAndSet(101, 100, atomicStampedRef.getStamp(), atomicStampedRef.getStamp() + 1);
           }
       });

       Thread refT2 = new Thread(new Runnable() {
           @Override
           public void run() {
              int stamp = atomicStampedRef.getStamp();
              try {
                  TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
              } catch (InterruptedException e) {
              }
              boolean c3 = atomicStampedRef.compareAndSet(100, 101, stamp, stamp + 1);
              System.out.println(c3); // false
           }
       });

       refT1.start();
       refT2.start();
    }

PS: AtomicStampedReference解决了CAS的ABA问题,其实是在出现ABA问题的时候执行不成功,而不是自动纠正这个问题.