【Java|多线程与高并发】CAS以及ABA问题

简介: CAS(Compare and Swap,“比较和交换”)是一种并发编程中常用的原子操作,用于解决多线程环境下的数据竞争和并发访问问题。

1. 什么是CAS

CAS(Compare and Swap,“比较和交换”)是一种并发编程中常用的原子操作,用于解决多线程环境下的数据竞争和并发访问问题。


CAS操作包含三个操作数:内存位置(通常是一个共享变量)、预期值和新值。它的执行过程如下:


1.读取内存位置的当前值。

2.比较当前值与预期值是否相等。

3.如果相等,则将内存位置的值更新为新值。

4.如果不相等,则说明有其他线程已经修改了内存位置的值,CAS操作失败。

CAS操作是由一条CPU指令,原子的完成的,是线程安全的且效率很高


使用场景:


1.实现原子类

2.实现自旋锁

原子类是为了解决多线程环境下的竞态条件(Race Condition)和数据不一致的问题。在多线程环境下,如果多个线程同时对一个共享变量进行读取和写入操作,可能会导致数据的不一致性,从而产生错误的结果。


自旋锁(Spinlock)是一种用于多线程同步的锁机制。它与传统的互斥锁(Mutex)不同,互斥锁在获取锁时,如果锁已经被其他线程占用,会将当前线程置于休眠状态,直到锁被释放。而自旋锁则是在获取锁时,如果锁已经被其他线程占用,当前线程会一直循环(自旋)等待,直到锁被释放


2. ABA问题

ABA问题指的是,在CAS操作期间,共享变量的值从A变为B,然后再从B又变回A,最后进行CAS操作的线程可能会错误地认为共享变量的值没有发生变化,从而导致操作的不正确。


如图所示:

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正常情况下,即使是创建了两个线程去进行CAS操作修改余额,但第二个去执行CAS的线程会执行失败.并不会影响结果.

但在特殊情况中,因为CAS并不知道张三的余额到底是修改前的,还是修改后又变回来的. 因此张三就取了一次钱,但却被扣了两次余额. 这就是ABA带来的问题


3. ABA问题的解决

解决ABA问题的一种常见方法是使用带有版本号的CAS操作,也称为带有标记的CAS(CAS with Tag)。在这种方法中,除了共享变量的值外,还会维护一个版本号或标记。每次进行CAS操作时,不仅比较共享变量的值,还要比较版本号。如果共享变量的值和版本号都匹配,才执行CAS操作。


通过使用带有标记的CAS操作,可以避免ABA问题的发生。每次共享变量的值发生变化时,都会更新版本号,即使值从B又回到A,版本号也会发生变化,从而保证CAS操作的正确性。


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