解决CAS机制中ABA问题的AtomicStampedReference详解
AtomicStampedReference是一个带有时间戳的对象引用，能很好的解决CAS机制中的ABA问题，这篇文章将通过案例对其介绍分析。
一、ABA问题
ABA问题是CAS机制中出现的一个问题，他的描述是这样的。我们直接画一张图来演示，
什么意思呢？就是说一个线程把数据A变为了B，然后又重新变成了A。此时另外一个线程读取的时候，发现A没有变化，就误以为是原来的那个A。这就是有名的ABA问题。ABA问题会带来什么后果呢？我们举个例子。
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。
如何去解决这个ABA问题呢，就是使用今天所说的AtomicStampedReference。
二、AtomicStampedReference
1、问题解决
我们先给出一个ABA的例子，对ABA问题进行场景重现。
public class AtomicTest {
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是预期的10嘛，"+isSuccess
+" 设置的新值是："+index.get());
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
},"李四").start();
}
}
在上面的代码中，我们使用张三线程，对index10->11->10的变化，然后李四线程读取index观察是否有变化，并设置新值。运行一下看看结果：
这个案例重现了ABA的问题场景，下面我们看如何使用AtomicStampedReference解决这个问题的。
public class AtomicTest2 {
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();
}
}
上面的代码我们再来分析一下，我们会发现AtomicStampedReference里面增加了一个时间戳，也就是说每一次修改只需要设置不同的版本好即可。我们先运行一边看看：
这使用的是AtomicStampedReference的compareAndSet函数，这里有四个参数：
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。
这个compareAndSet方法到底是如何实现的，我们深入到源码中看看。
2、源码分析
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)));
}
刚刚这四个参数的意思已经说了，我们主要关注的就是实现，首先我们看到的就是这个Pair，因此想要弄清楚，我们再看看这个Pair是什么，
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);
}
}
在这里我们会发现Pair里面只是包存了值reference和时间戳stamp。
在compareAndSet方法中最后还调用了casPair方法，从名字就可以看到，主要是使用CAS机制更新新的值reference和时间戳stamp。我们可以进入这个方法中看看。
//底层调用的是UNSAFE的compareAndSwapObject方法
private boolean casPair(Pair<V> cmp, Pair<V> val) {
return UNSAFE.compareAndSwapObject(this, pairOffset, cmp, val);
}
三、总结
其实除了AtomicStampedReference类，还有一个原子类也可以解决，就是AtomicMarkableReference，它不是维护一个版本号，而是维护一个boolean类型的标记，用法没有AtomicStampedReference灵活。因此也只是在特定的场景下使用。
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