【并发基础】- CAS原理

CAS原理

在多线程环境下，为了提高并发的性能及数据安全性。通常采用CAS做数据的更新操作。CAS数据更新过程，先获取当前数据的旧值，在执行更新操作时，通过比较之前获取的旧值与当前最新的数据，判断数据是否跟获取到的旧值相同，相同则进行更新，否则操作失败。

CAS带来的问题

ABA问题

• 问题
  ABA问题表现为，当A线程进行数据操作时，此时获得的数据为a，在多线程环境下B线程对同一个对象进行操作，首先将数据a修改为b，之后又进行修改，将b修改为a。此时A线程进行CAS修改数据，判断到修改时的数据与之前获取到的旧值一致，进行修改。然而此时的数据并非最原始获得的数据a。
  ABA问题在多线程环境下可能会带来预想不到的问题，例如：
  1.线程A扣减库存数据，100->50
  2.线程B扣减库存数据，100->50
  3.线程C增加库存数据，50->100
  线程A和线程B本应只执行一次，由于某些原因导致出现两个线程执行同一个操作。在CPU分配时间的时候，可能存在情况，线程A获取时间片，执行扣减操作数据由100修改为50，此时线程B阻塞，此时线程C获得时间片，将50修改为100。之后线程B从阻塞中恢复，通过CAS判断发现与之前获得的数据100一致，进行操作，这时最终结果为50，而实际线程A和线程B只需执行一次，线程B应该更新失败，期望结果为100。
• 解决
  通过添加版本号方式解决CAS更新时的判断，即使更新时数值一致，但版本不一致则操作失败。

循环的性能问题。

• 问题
  CAS通过自旋来执行更新操作，失败则重试，直到执行完成。自旋将导致循环带来的时间消耗，循环次数过多，则执行的时间消耗更多。
• 解决
  添加自旋次数限制。

JAVA中的CAS

J.U.C下很多实现都是基于CAS实现。在java中通过native方法调用CPU指令实现CAS。
JAVA中解决ABA问题的方案。例如：AtomicStampedReference，统计记录Pair的stamp实现版本号的对比。

    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);
        }
    }