一、什么是 ABA 问题
ABA 的问题:
假设存在两个线程 t1 和 t2. 有⼀个共享变量 num, 初始值为 A.
接下来, 线程 t1 想使⽤ CAS 把 num 值改成 Z, 那么就需要
- 先读取 num 的值, 记录到 oldNum 变量中.
- 使⽤ CAS 判定当前 num 的值是否为 A, 如果为 A, 就修改成 Z.
但是, 在 t1 执⾏这两个操作之间, t2 线程可能把 num 的值从 A 改成了 B, ⼜从 B 改成了 A
线程 t1 的 CAS 是期望 num 不变就修改. 但是 num 的值已经被 t2 给改了. 只不过⼜改成 A 了. 这个时候 t1 究竟是否要更新 num 的值为 Z 呢?
到这⼀步, t1 线程⽆法区分当前这个变量始终是 A, 还是经历了⼀个变化过程.
这就好⽐, 我们买⼀个⼿机, ⽆法判定这个⼿机是刚出⼚的新⼿机, 还是别⼈⽤旧了, ⼜翻新过的⼿机
二、ABA 问题引来的 BUG
⼤部分的情况下, t2 线程这样的⼀个反复横跳改动, 对于 t1 是否修改 num 是没有影响的. 但是不排除⼀些特殊情况.
假设 滑稽⽼哥 有 100 存款. 滑稽想从 ATM 取 50 块钱. 取款机创建了两个线程, 并发的来执⾏ -50 操作.我们期望⼀个线程执⾏ -50 成功, 另⼀个线程 -50 失败.如果使⽤ CAS 的⽅式来完成这个扣款过程就可能出现问题
正常的过程：
- 存款 100. 线程1 获取到当前存款值为 100, 期望更新为 50; 线程2 获取到当前存款值为 100, 期望更新为 50.
- 线程1 执⾏扣款成功, 存款被改成 50. 线程2 阻塞等待中.
- 轮到线程2 执⾏了, 发现当前存款为 50, 和之前读到的 100 不相同, 执⾏失败.
异常的过程：
- 存款 100. 线程1 获取到当前存款值为 100, 期望更新为 50; 线程2 获取到当前存款值为 100, 期望更新为 50.
- 线程1 执⾏扣款成功, 存款被改成 50. 线程2 阻塞等待中.
- 在线程2 执⾏之前, 滑稽的朋友正好给滑稽转账 50, 账⼾余额变成 100 !!
- 轮到线程2 执⾏了, 发现当前存款为 100, 和之前读到的 100 相同, 再次执⾏扣款操作
这个时候, 扣款操作被执⾏了两次!!! 都是 ABA 问题搞的⻤!!
三、解决方案
- 给要修改的值, 引⼊版本号. 在 CAS ⽐较数据当前值和旧值的同时, 也要⽐较版本号是否符合预期.
- CAS 操作在读取旧值的同时, 也要读取版本号. 真正修改的时候,
如果当前版本号和读到的版本号相同, 则修改数据, 并把版本号 + 1.
如果当前版本号⾼于读到的版本号. 就操作失败(认为数据已经被修改过了).
这就好⽐, 判定这个⼿机是否是翻新机, 那么就需要收集每个⼿机的数据, 第⼀次挂在电商⽹站上的⼿机记为版本1, 以后每次这个⼿机出现在电商⽹站上, 就把版本号进⾏递增. 这样如果买家不在意这是翻新机, 就买. 如果买家在意, 就可以直接略过.
对⽐理解上⾯的转账例⼦
假设 滑稽⽼哥 有 100 存款. 滑稽想从 ATM 取 50 块钱. 取款机创建了两个线程, 并发的来执⾏ -50 操 作.我们期望⼀个线程执⾏ -50 成功, 另⼀个线程 -50 失败.为了解决 ABA 问题, 给余额搭配⼀个版本号, 初始设为 1.
- 存款 100. 线程1 获取到 存款值为 100, 版本号为 1, 期望更新为 50; 线程2 获取到存款值为 100, 版本号为 1, 期望更新为 50.
- 线程1 执⾏扣款成功, 存款被改成 50, 版本号改为2. 线程2 阻塞等待中.
- 在线程2 执⾏之前, 滑稽的朋友正好给滑稽转账 50, 账⼾余额变成 100, 版本号变成3.
- 轮到线程2 执⾏了, 发现当前存款为 100, 和之前读到的 100 相同, 但是当前版本号为 3, 之前读到的版本号为 1, 版本⼩于当前版本, 认为操作失败.
相关面试题
1、 讲解下你⾃⼰理解的 CAS 机制
全称 Compare and swap, 即 "⽐较并交换". 相当于通过⼀个原⼦的操作, 同时完成 "读取内存, ⽐较是否相等, 修改内存" 这三个步骤. 本质上需要 CPU 指令的⽀撑.
2、 ABA问题怎么解决？
给要修改的数据引⼊版本号. 在 CAS ⽐较数据当前值和旧值的同时, 也要⽐较版本号是否符合预期. 如果发现当前版本号和之前读到的版本号⼀致, 就真正执⾏修改操作, 并让版本号⾃增; 如果发现当前版本号⽐之前读到的版本号⼤, 就认为操作失败
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