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 = new AtomicReference<Node>();
	public void push(String item){
		Node newTop = new Node(item);
		Node oldTop;
		do{
			oldTop = top.get();
			newTop.next = oldTop;
		}
		while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop));
	}
	public String pop(){
		Node newTop;
		Node oldTop;
		do{
			oldTop = top.get();
			if(oldTop == null){
				return null;
			}
			newTop = oldTop.next;
		}
		while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop));
		return oldTop.item;
	}
}

这个例子并不会引发ABA问题，至于为什么不会，后面再讲解，下面先讲一下ABA问题

什么是ABA？

引用原书的话：如果在算法中的节点可以被循环使用，那么在使用“比较并交换”指令就可能出现这种问题，在CAS操作中将判断“V的值是否仍然为A？”，并且如果是的话就继续执行更新操作，在某些算法中，如果V的值首先由A变为B，再由B变为A，那么CAS将会操作成功

ABA的例子

有时候，ABA造成的后果很严重，下面将并发栈的例子修改一下，看看ABA会造成什么问题：

public class Node {
	public final String item;
	public Node next;
	public Node(String item){
		this.item = item;
	}
}

public class ConcurrentStack {
	AtomicReference<Node> top = new AtomicReference<Node>();
	public void push(Node node){
		Node oldTop;
		do{
			oldTop = top.get();
			node.next = oldTop;
		}
		while(!top.compareAndSet(oldTop, node));
	}
	public Node pop(int time){
		Node newTop;
		Node oldTop;
		do{
			oldTop = top.get();
			if(oldTop == null){
				return null;
			}
			newTop = oldTop.next;
			TimeUnit.SECONDS.sleep(time);
		}
		while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop));
		return oldTop;
	}
}

注意这里的变化，Node基本没有变化

重点关注ConcurrentStack的变化

1、push方法：原来是使用内容构造Node，现在直接传入Node，这样就符合了“在算法中的节点可以被循环使用”这个要求

2、pop方法的sleep，这是模拟线程的执行情况，以便观察结果

我们先往stack中压入两个Node：

ConcurrentStack stack = new ConcurrentStack();
stack.push(new Node("A"));
stack.push(new Node("B")); 

然后创建两个线程来执行出入栈的操作

线程A先执行出栈：让NodeA出栈

stack.pop(3); 

因为某些原因，线程A执行出栈比较久，用了3s

线程B执行出栈之后再入栈：先然NodeA和NodeB出栈，然后让NodeD，NodeC，NodeA入栈（NodeA在栈顶）

Node A = stack.pop(0);
stack.pop(0);
stack.push(new Node("D"));
stack.push(new Node("C"));
stack.push(A); 

注意：线程B实现了节点的循环利用，它先将栈里面的内容全部出栈，然后入栈，最后栈顶的内容是之前出栈的Node

线程B执行完这些动作之后，线程A才执行CAS，此时CAS是可以执行成功的

按照原来的想法，线程A和B执行之后，stack的内容应该是：C和D，C在栈顶，但这里的执行结果却是Stack中什么都没有，这就是ABA问题

如何避免ABA问题

Java中提供了AtomicStampedReference和AtomicMarkableReference来解决ABA问题

AtomicStampedReference可以原子更新两个值：引用和版本号，通过版本号来区别节点的循环使用，下面看AtomicStampedReference的例子：

public class ConcurrentStack {
	AtomicStampedReference<Node> top = new AtomicStampedReference<Node>(null,0);
	public void push(Node node){
		Node oldTop;
		int v;
		do{
			v=top.getStamp();
			oldTop = top.getReference();
			node.next = oldTop;
		}
		while(!top.compareAndSet(oldTop, node,v,v+1));
		//   }while(!top.compareAndSet(oldTop, node,top.getStamp(),top.getStamp()+1));
	}
	public Node pop(int time){
		Node newTop;
		Node oldTop;
		int v;
		do{
			v=top.getStamp();
			oldTop = top.getReference();
			if(oldTop == null){
				return null;
			}
			newTop = oldTop.next;
			try {
				TimeUnit.SECONDS.sleep(time);
			}
			catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop,v,v+1));
		//   }while(!top.compareAndSet(oldTop, newTop,top.getStamp(),top.getStamp()));
		return oldTop;
	}
	public void get(){
		Node node = top.getReference();
		while(node!=null){
			System.out.println(node.getItem());
			node = node.getNode();
		}
	}
}

注意：不能使用注释中的方式，否则就和单纯使用原子变量没有区别了

AtomicMarkableReference可以原子更新一个布尔类型的标记位和引用类型，看下面的例子：

AtomicMarkableReference<Node> top = new AtomicMarkableReference<Node>(null,true);
public void push(Node node){
	Node oldTop;
	Boolean v;
	do{
		v=top.isMarked();
		oldTop = top.getReference();
		node.next = oldTop;
	}
	while(!top.compareAndSet(oldTop, node,v,!v));
}

总结

以上就是本文关于浅谈Java中ABA问题及避免的全部内容，希望对大家有所帮助。感兴趣的朋友可以继续参阅本站其他相关专题，如有不足之处，欢迎留言指出。感谢朋友们对本站的支持！

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