Java并发编程——CAS

如果本文有错，希望在下面的留言区指正。

在之前的一些源码分析中，为了实现并发，Doug Lea 大佬在Java8及以上，大量使用了 CAS 操作。JDK 提供的关于 CAS 原子操作的类在下面工具包里面：

JDK为Java基本类型都提供了CAS工具类。

CAS

以 AtomicInteger 为例，进行分析：

public final boolean compareAndSet(int expect, int update) {
    return unsafe.compareAndSwapInt(this, valueOffset, expect, update);
}

如上面的源码，对于 CAS 操作，这里会出现3个值，expect、update、value。只有当expect和内存中的value相同时，才把value更新为update。

ABA 问题

假设如下事件序列：

线程 1 从内存位置V中取出A。
线程 2 从位置V中取出A。
线程 2 进行了一些操作，将B写入位置V。
线程 2 将A再次写入位置V。
线程 1 进行CAS操作，发现位置V中仍然是A，操作成功。

尽管上面的CAS操作成功了，数据也没有问题，但是程序失去了对数据变换的敏感性，不知道数据的变换。

比如发生扣款/收款行为时，应当收到短信通知这个场景，
1、时刻1 : 500元
2、时刻2：转给了 A 10 元 490 元
3、时刻3：B 转入 10 元 500 元
应当收到两条短信，而不是最后我的账户余额没有变化，就一条短信都收不到

上面的图片来源不知道是谁的，只是在一个技术群里和别人聊CAS时别人发的。

解决方法

AtomicStampedReference

JDK 为了解决 ABA 问题，提供了一些方法，如 AtomicStampedReference，在版本的更新过程中，添加了一个 stamp 邮戳来标记数据的版本。

//比较设置 参数依次为：期望值 写入新值 期望时间戳 新时间戳
public boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference, 
    int expectedStamp, int newStamp)
//获得当前对象引用
public V getReference()
//获得当前时间戳
public int getStamp()
//设置当前对象引用和时间戳
public void set(V newReference, int newStamp)

具体关于 CAS 操作源码

private static class Pair<T> {
    final T reference;
    final int stamp;
    private Pair(T reference, int stamp) {
        this.reference = reference;
        this.stamp = stamp;
    }
    static <T> Pair<T> of(T reference, int stamp) {
        return new Pair<T>(reference, stamp);
    }
}
public boolean compareAndSet(V   expectedReference,
                             V   newReference,
                             int expectedStamp,
                             int newStamp) {
    Pair<V> current = pair;
    return
        expectedReference == current.reference &&
        expectedStamp == current.stamp &&
        ((newReference == current.reference &&
          newStamp == current.stamp) ||
         casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
}

如上面所示，在更新的过程中，除了比较内存中value的预期值，还比较了 stamp 的预期值，只有两者都相同的时候，才会把内存中的值更新掉。

AtomicMarkableReference

AtomicMarkableReference 和 AtomicStampedReference 功能相似，但AtomicMarkableReference 描述更加简单的是与否的关系。它的定义就是将状态戳简化为true|false。如下：

public boolean compareAndSet(V       expectedReference,
                             V       newReference,
                             boolean expectedMark,
                             boolean newMark) {
    Pair<V> current = pair;
    return
        expectedReference == current.reference &&
        expectedMark == current.mark &&
        ((newReference == current.reference &&
          newMark == current.mark) ||
         casPair(current, Pair.of(newReference, newMark)));
}