分析ABA问题的本质及其解决办法

简介

CAS的原理其实很简单，为了保证在多线程环境下我们的更新是符合预期的，或者说一个线程在更新某个对象的时候，没有其他的线程对该对象进行修改。在线程更新某个对象（或值）之前，先保存更新前的值，然后在实际更新的时候传入之前保存的值，进行比较，如果一致的话就进行更新，否则失败。

注意，CAS在java中是用native方法来实现的，利用了系统本身提供的原子性操作。

那么CAS在使用中会有什么问题呢？一般来说CAS如果设计的不够完美的话，可能会产生ABA问题，而ABA问题又可以分为两类，我们先看来看一类问题。

第一类问题

我们考虑下面一种ABA的情况：

1.在多线程的环境中，线程a从共享的地址X中读取到了对象A。

2.在线程a准备对地址X进行更新之前，线程b将地址X中的值修改为了B。

3.接着线程b将地址X中的值又修改回了A。

4.最新线程a对地址X执行CAS，发现X中存储的还是对象A，对象匹配，CAS成功。

上面的例子中CAS成功了，但是实际上这个CAS并不是原子操作，如果我们想要依赖CAS来实现原子操作的话可能就会出现隐藏的bug。

第一类问题的关键就在2和3两步。这两步我们可以看到线程b直接替换了内存地址X中的内容。

在拥有自动GC环境的编程语言，比如说java中，2，3的情况是不可能出现的，因为在java中，只要两个对象的地址一致，就表示这两个对象是相等的。

2，3两步可能出现的情况就在像C++这种，不存在自动GC环境的编程语言中。因为可以自己控制对象的生命周期，如果我们从一个list中删除掉了一个对象，然后又重新分配了一个对象，并将其add back到list中去，那么根据 MRU memory allocation算法，这个新的对象很有可能和之前删除对象的内存地址是一样的。这样就会导致ABA的问题。

第二类问题

如果我们在拥有自动GC的编程语言中，那么是否仍然存在CAS问题呢？

考虑下面的情况，有一个链表里面的数据是A->B->C,我们希望执行一个CAS操作，将A替换成D，生成链表D->B->C。考虑下面的步骤：

1.线程a读取链表头部节点A。

2.线程b将链表中的B节点删掉，链表变成了A->C

3.线程a执行CAS操作，将A替换从D。

最后我们的到的链表是D->C，而不是D->B->C。

问题出在哪呢？CAS比较的节点A和最新的头部节点是不是同一个节点，它并没有关心节点A在步骤1和3之间是否内容发生变化。

我们举个例子：

public void useABAReference(){
    CustUser a= new CustUser();
    CustUser b= new CustUser();
    CustUser c= new CustUser();
    AtomicReference<CustUser> atomicReference= new AtomicReference<>(a);
    log.info("{}",atomicReference.compareAndSet(a,b));
    log.info("{}",atomicReference.compareAndSet(b,a));
    a.setName("change for new name");
    log.info("{}",atomicReference.compareAndSet(a,c));
}

上面的例子中，我们使用了AtomicReference的CAS方法来判断对象是否发生变化。在CAS b和a之后，我们将a的name进行了修改，我们看下最后的输出结果：

[main] INFO com.flydean.aba.ABAUsage - true

[main] INFO com.flydean.aba.ABAUsage - true

[main] INFO com.flydean.aba.ABAUsage - true

三个CAS的结果都是true。说明CAS确实比较的两者是否为统一对象，对其中内容的变化并不关心。

第二类问题可能会导致某些集合类的操作并不是原子性的，因为你并不能保证在CAS的过程中，有没有其他的节点发送变化。

第一类问题的解决

第一类问题在存在自动GC的编程语言中是不存在的，我们主要看下怎么在C++之类的语言中解决这个问题。

根据官方的说法，第一类问题大概有四种解法：

1.使用中间节点 - 使用一些不代表任何数据的中间节点来表示某些节点是标记被删除的。

2.使用自动GC。

3.使用hazard pointers - hazard pointers 保存了当前线程正在访问的节点的地址，在这些hazard pointers中的节点不能够被修改和删除。

4.使用read-copy update (RCU) - 在每次更新的之前，都做一份拷贝，每次更新的是拷贝出来的新结构。

第二类问题的解决

第二类问题其实算是整体集合对象的CAS问题了。一个简单的解决办法就是每次做CAS更新的时候再添加一个版本号。如果版本号不是预期的版本，就说明有其他的线程更新了集合中的某些节点，这次CAS是失败的。

我们举个AtomicStampedReference的例子：

public void useABAStampReference(){
    Object a= new Object();
    Object b= new Object();
    Object c= new Object();
    AtomicStampedReference<Object> atomicStampedReference= new AtomicStampedReference(a,0);
    log.info("{}",atomicStampedReference.compareAndSet(a,b,0,1));
    log.info("{}",atomicStampedReference.compareAndSet(b,a,1,2));
    log.info("{}",atomicStampedReference.compareAndSet(a,c,0,1));
}

AtomicStampedReference的compareAndSet方法，多出了两个参数，分别是expectedStamp和newStamp，两个参数都是int型的，需要我们手动传入。

总结

ABA问题其实是由两类问题组成的，需要我们分开来对待和解决。

以上就是分析ABA问题的本质及其解决办法的详细内容，更多关于ABA问题的本质及其解决办法的资料请关注我们其它相关文章！

赞 (0)

相关推荐

  • Java CAS基本实现原理代码实例解析

    一.前言 了解CAS,首先要清楚JUC,那么什么是JUC呢?JUC就是java.util.concurrent包的简称.它有核心就是CAS与AQS.CAS是java.util.concurrent.atomic包的基础,如AtomicInteger.AtomicBoolean.AtomicLong等等类都是基于CAS. 什么是CAS呢?全称Compare And Swap,比较并交换.CAS有三个操作数,内存值V,旧的预期值E,要修改的新值N.当且仅当预期值E和内存值V相同时,将内存值V修改为N

  • 浅谈java switch如果case后面没有break,会出现什么情况？

    switch表达式的取值:byte,short,int,char JDK5以后可以是枚举 JDK7以后可以是String 如下代码, case"A" :之后没有break,此刻会继续执行 case "B":的代码 System.out.println("bbbbbbbb");遇到break之后,代码运行结束. public static void main(String[] args) { String s = "A"; sw

  • Java并发的CAS原理与ABA问题的讲解

    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AtomicIntege

  • java中的switch case语句使用详解

    java中的switch case语句 switch-case语句格式如下: switch(变量){ case 变量值1: //; break; case 变量值2: //...; break; ... case default: //...; break; } swtich()变量类型只能是int.short.char.byte和enum类型(JDK 1.7 之后,类型也可以是String了).当进行case判断时,JVM会自动从上到小扫描,寻找匹配的case,可能存在以下情况: 情况一:若未

  • Java多线程CAS操作原理代码实例解析

    CAS操作号称无锁优化,也叫作自旋:对于一些常见的操作需要加锁,然后jdk就提供了一些以Atomic开头的类,这些类内部自动带了锁,当然这里的锁并非是用synchronized来实现的,而是通过CAS操作来实现的: 一.下面是 AtomicInteger 的使用: package com.designmodal.design.juc01; import java.util.ArrayList; import java.util.List; import java.util.concurrent.

  • 详解java 中的CAS与ABA

    1. 独占锁: 属于悲观锁,有共享资源,需要加锁时,会以独占锁的方式导致其它需要获取锁才能执行的线程挂起,等待持有锁的钱程释放锁.传统的关系型数据库里边就用到了很多这种锁机制,比如行锁,表锁等,读锁,写锁等,都是在做操作之前先上锁.Java中synchronized和ReentrantLock等独占锁就是悲观锁的思想. 1.1 乐观锁的操作 多线程并发修改一个值时的实现: public class SimulatedCAS { //加volatile的目的是利用其happens-before原则

  • 浅谈Java中ABA问题及避免

    本文主要研究的是关于Java中ABA问题及避免的相关内容,具体如下. 在<Java并发实战>一书的第15章中有一个用原子变量实现的并发栈,代码如下: public class Node { public final String item; public Node next; public Node(String item){ this.item = item; } } public class ConcurrentStack { AtomicReference<Node> top

  • 深入分析Java并发编程之CAS

    在Java并发编程的世界里,synchronized 和 Lock 是控制多线程并发环境下对共享资源同步访问的两大手段.其中 Lock 是 JDK 层面的锁机制,是轻量级锁,底层使用大量的自旋+CAS操作实现的. 学习并发推荐<Java并发编程的艺术> 那什么是CAS呢?CAS,compare and swap,即比较并交换,什么是比较并交换呢?在Lock锁的理念中,采用的是一种乐观锁的形式,即多线程去修改共享资源时,不是在修改之前就加锁,而是乐观的认为没有别的线程和自己争锁,就是通过CAS的

  • 分析ABA问题的本质及其解决办法

    简介 CAS的原理其实很简单,为了保证在多线程环境下我们的更新是符合预期的,或者说一个线程在更新某个对象的时候,没有其他的线程对该对象进行修改.在线程更新某个对象(或值)之前,先保存更新前的值,然后在实际更新的时候传入之前保存的值,进行比较,如果一致的话就进行更新,否则失败. 注意,CAS在java中是用native方法来实现的,利用了系统本身提供的原子性操作. 那么CAS在使用中会有什么问题呢?一般来说CAS如果设计的不够完美的话,可能会产生ABA问题,而ABA问题又可以分为两类,我们先看来看

  • 后端接收不到AngularJs中$http.post发送的数据原因分析及解决办法

    后端接收不到AngularJs中$http.post发送的数据原因分析及解决办法

    1.问题: 后端接收不到AngularJs中$http.post发送的数据,总是显示为null 示例代码: $http.post(/admin/KeyValue/GetListByPage, { pageindex: 1, pagesize: 8 }) .success(function(){ alert("Mr靖"); }); 代码没有错,但是在后台却接收不到数据,这是为什么呢? 用火狐监控:参数是JSON格式 用谷歌监控:传参方式是request payload 可以发现传参方式是

  • oracle执行update语句时卡住问题分析及解决办法

    问题 开发的时候debug到一条update的sql语句时程序就不动了,然后我就在plsql上试了一下,发现plsql一直在显示正在执行,等了好久也不出结果.但是奇怪的是执行其他的select语句却是可以执行的. 原因和解决方法 这种只有update无法执行其他语句可以执行的其实是因为记录锁导致的,在oracle中,执行了update或者insert语句后,都会要求commit,如果不commit却强制关闭连接,oracle就会将这条提交的记录锁住.由于我的java程序中加了事务,之前debug

  • C#解析json字符串总是多出双引号的原因分析及解决办法

    json好久没用了,今天在用到json的时候,发现对字符串做解析的时候总是多出双引号. 代码如下: string jsonText = "{'name':'test','phone':'18888888888'}"; JObject jo = (JObject)JsonConvert.DeserializeObject(jsonText); string zone = jo["name"].ToString(); string zone_en = jo["

  • 关于获取DIV内部内容报错的原因分析及解决办法

    关于获取DIV内部内容报错的原因分析及解决办法

    1.错误描述 2.错误原因 由于向div中添加元素,利用append(); $("#divStyle").append("<div><label>_data[i].name</label></div>"); append里面是动态数据,当请求数据为空时,获取并判断div中的内容: var divContent = $("#divStyle").html(); if(divContent == nul

  • php resizeimage 部分jpg文件 生成缩略图失败的原因分析及解决办法

    今天遇到GD的resizeimage 函数处理jpg后缀文件的缩略图的时候 提示该图片不是合法的jpg图片并报错 <b>Warning</b>: imagecreatefromjpeg(): gd-jpeg, libjpeg: recoverable error: Invalid SOS parameters for sequential JPEG 国内网上查了很多资料也没找到有效的解决办法,原来只要把 GD的jpeg文件支持打开即可解决 ini_set('gd.jpeg_igno

  • 浏览器预览PHP文件时顶部出现空白影响布局分析原因及解决办法

    在编写PHP文件过程中,发现在浏览器预览PHP文件时,顶部会出现一行空白,影响了页面的布局. 关于BOM header的解释如下: 通常情况下,使用Windows系统自带的记事本程序编写网页程序,但在编写或修改php博客系统代码后,进行调试时总是会出现如同以下几点问题: –不能登入或者不能登出: –页顶出现一条空白: –页顶出现错误警告: –其它不正常的情况. 分析原因: 由于使用UTF-8编码,在编写或修改代码后都保存为utf-8编码格式.虽然现在几乎所有的文本编辑软件都可以显示并编辑UTF-

  • PHP中ID设置自增后不连续的原因分析及解决办法

    PHP中ID设置自增后不连续的原因分析及解决办法

    PHP中ID设置自增后不连续的原因分析如下所述: alter table tablename drop column id; alter table tablename add id mediumint(8) not null primary key auto_increment first; 每次删除把这两行家伙加上就行了 还有就是这个 使用mysqli对象中的query()方法每次调用只能执行一条SQL命令. 如果需要一次执行多条SQL命令,就必须使用mysqli对象中的 multi_que

  • jquery1.8版本使用ajax实现微信调用出现的问题分析及解决办法

    先给大家说下问题背景:最近在做一个项目,开发微信的某个功能,使用的是asp.net开发,jquery1.8.0版本. 在微信中点击按钮触发事件,调用ajax与服务器端进行交互,回调函数走的是error. 分析原因:首先我想到的是返回的数据类型有问题,因为在jquery 版本在1.4以上对json的格式非常严格,需要符合{"target":true,"message":"成功"}这样的格式.用JSON.stringify()函数分析了respons

  • Android Handler leak分析及解决办法详解

    Android Handler leak 分析及解决办法 In Android, Handler classes should be static or leaks might occur, Messages enqueued on the application thread's MessageQueue also retain their target Handler. If the Handler is an inner class, its outer class will be ret

随机推荐