多线程基础（二）CAS无锁优化/自旋锁/乐观锁、ABA问题

CAS （Compare And Set）比较并替换

上篇文章的锁问题解决，可以使用更高效的方法，使用AtomXXX类，AtomXXX类本身方法都是原子性的，但不能保证多个方法连续调用是原于性的。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;public class AtomicIntegerTest {AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);void m1 (){for(int i=0;i<10000;i++){count.incrementAndGet();  // 相当于线程安全的 count++}}public static void main(String[] args) {AtomicIntegerTest t = new AtomicIntegerTest();List<Thread> Threads = new ArrayList<>();for(int i=0;i<10;i++){Threads.add(new Thread(t::m1,"Thread-"+i));}Threads.forEach((o) -> o.start());Threads.forEach((o) -> {try {o.join();} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}});System.out.println(t.count);}
}

结果：

100000

那为什么 count.incrementAndGet(); 是线程安全的？点进去看它的源码可知：

底层使用了 weakCompareAndSetInt(o, offset, v, v + delta) 方法，这个方法就是 CAS。

CAS 概念：

cas方法一共有三个参数：

V：要改的值（内存位置）

Expected：期望值（预期原值）

NewValue：要设定的新值

如果要改的值 v 和 expected 的值是一样的，则将 v的值改为新值 newValue。如果不是一样的，则循环下一次比较或直接返回失败。

注：因为 cas方法是 CPU原语支持的，即在比较替换的过程中是不可以被打断的，所以不会出现比较成功的时候，其他线程将要改的值或者新值替换的问题。

ABA问题

aba问题是：在进行比较并替换的时候，将a值改为b，然后马上将b再改回a，这样的话，比较是可以成功的，但是对于原值a，它的版本已经不是原始的了。

如果这个a的值是基础类型则没什么关系。但是如果是Object类型，比如：a引用 b，b引用c，这是一个线程将 a引用到了c，并将c的一些属性做了修改，再将a引用到b。这个时候，业务执行的一些逻辑会导致各种问题的出现。如果还没懂，引入一个经典的例子：

一个小偷，把别人家的钱偷了之后又还了回来，还是原来的钱吗，你老婆出轨之后又回来，还是原来的老婆嘛？ABA问题也一样，如果不好好解决就会带来大量的问题。最常见的就是资金问题，也就是别人如果挪用了你的钱，在你发现之前又还了回来。但是别人却已经触犯了法律。

那怎么解决呐？

案例重现：

    private static AtomicInteger index = new AtomicInteger(10);public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {index.compareAndSet(10, 11);index.compareAndSet(11, 10);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"： 10->11->10");},"张三").start();new Thread(() -> {try {TimeUnit.SECONDS.sleep(2);boolean isSuccess = index.compareAndSet(10, 12);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"： index是否为预期值：10，"+isSuccess+"   设置的新值是："+index.get());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}},"李四").start();}

张三： 10->11->10
李四： index是否为预期值：10，true 设置的新值是：12

通过：AtomicStampedReference 添加版本号 解决这个问题

  private static AtomicInteger index = new AtomicInteger(10);static AtomicStampedReference<Integer> stampRef= new AtomicStampedReference(10, 1);public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {int stamp = stampRef.getStamp();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 第1次版本号： " + stamp);stampRef.compareAndSet(10, 11,stampRef.getStamp(),stampRef.getStamp()+1);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 第2次版本号： " + stampRef.getStamp());stampRef.compareAndSet(11, 10,stampRef.getStamp(),stampRef.getStamp()+1);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 第3次版本号： " + stampRef.getStamp());},"张三").start();new Thread(() -> {try {int stamp = stampRef.getStamp();System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 第1次版本号： " + stamp);TimeUnit.SECONDS.sleep(2);boolean isSuccess =stampRef.compareAndSet(10, 12,stampRef.getStamp(),stampRef.getStamp()+1);System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 修改是否成功： "+ isSuccess+" 当前版本 ：" + stampRef.getStamp());System.out.println(Thread.currentThread().getName()+ " 当前实际值： " + stampRef.getReference());} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}},"李四").start();}

张三第1次版本号： 1
李四第1次版本号： 1
张三第2次版本号： 2
张三第3次版本号： 3
李四修改是否成功： true 当前版本：4
李四当前实际值： 12

这里使用的是AtomicStampedReference的compareAndSet函数，这里面有四个参数：

compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp)。

（1）第一个参数expectedReference：表示预期值。

（2）第二个参数newReference：表示要更新的值。

（3）第三个参数expectedStamp：表示预期的时间戳。

（4）第四个参数newStamp：表示要更新的时间戳。

重现案例即解决方法原文地址：解决CAS机制中ABA问题的AtomicStampedReference详解 - 知乎 (zhihu.com)

总结：所有以 AtomXXX开头的类，底层都是使用cas方法，并是通过 Unsafe类实现的。

Unsafe类的出现等于c/c++的指针，给 java语言赋予了原来 C/C++实现的指针方法。比如：

allocateMemory 、freeMemory等操作内存的方法。

补充：Atomic、Sync、LongAdder的比较

耗时比较：Sync < Atomic < LongAdder

线程数大、循环数大的情况下，使用 LongAdder，优势很明显。LongAdder底层使用的是分段锁+cas方式。将大量线程分段执行，最后相加。

线程数小、循环数小的情况下，用Atomic