Java并发的CAS原理与ABA问题的讲解

cas原理

在计算机科学中，比较和交换（compare and swap）是用于实现多线程同步的原子指令。 它将内存位置的内容与给定值进行比较，只有在相同的情况下，将该内存位置的内容修改为新的给定值。 这是作为单个原子操作完成的。 原子性保证新值基于最新信息计算; 如果该值在同一时间被另一个线程更新，则写入将失败。 操作结果必须说明是否进行替换; 这可以通过一个简单的布尔响应（这个变体通常称为比较和设置），或通过返回从内存位置读取的值来完成（摘自维基本科）

cas流程

以atomicinteger.addandget()为例讲解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的源码中

public final int addandget(int delta) {
  return u.getandaddint(this, value, delta) + delta;
}

这里的value是在该类初始化的时候获取到的，理解一下就是这时候我们调用unsafe的objectfieldoffset从atomic类文件中获取value的偏移量，那么value其实就是记录value的偏移量的。

value准确的是value这个字段相对与atomicinteger这个对象内存起始地址的偏移量，由于这个方法的最底层是jni调用native的方法，所以需要传入这个值。

private static final long value = u.objectfieldoffset(atomicinteger.class, "value");

继续往下执行：

/**
 * 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内的value和expect相等，就证明没有其他线程改变过这个变量，那么就更新它为update，如果这一步的cas没有成功，那就采用自旋的方式继续进行cas操作。从代码中看着也是两个步骤，但其实在jni里是借助于一个cpu指令完成的，实际还是原子操作。

aba问题

产生aba问题的原因

cas需要在操作值的时候检查下值有没有发生变化，如果没有发生变化则更新，但是如果一个值原来是a，变成了b，又变成了a，那么使用cas进行检查时会发现它的值没有发生变化，但是实际上却变化了。这就是cas的aba问题。

如何规避aba问题

常用的办法是在更新数据的时候加入版本号，以版本号来控制更新。

总结

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