使用AtomicStampedReference解决ABA问题时的坑(AtomicStampedReference<Integer>修改始终不成功)

谁践踏了优雅 2021-10-01 10:32 269阅读 0赞

**多线程模型**:

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每个线程都有自己的独立内存空间，当线程需要操作主内存中的数据，需要先拷贝一份数据到自己的内存空间，然后进行修改，再刷回主内存  
**CAS**:  
CompareAndSwap,比较然后替换，多线程解决数据错乱的方案，如上图，试想，i=10表示10本书，t1,t2线程同时进行销售书，如果某一时间，t1和t2线程同时将i=10拷贝到自己的数据空间，t1将书减1，i=9再刷回主内存，即现在书的数目已经为9了，然后t2线程将的工作内存还为10它也进行减1然后刷回主内存，这样主内存的i值还是为9，这样就导致了已经卖了两本书，但是书的数目却只减少了1，CAS便是在t2线程进行减了操作后，需要刷回主内存的时候，将取到的值与主内存的值作比较，相同再进行设置，不同则设置失败。  
**ABA**:  
有了CAS可以保证操作数目一致，但是也出现一个问题，例如，t1线程先将书的数目减了1然后别人退还一本书，书的数目又加了1,也就是数的数目经历了10->9->10，然后t2线程操作时，发现主内存还是为10,所以觉得没问题就进行操作了，可能这个例子不能很好的描述问题，但是在某些案例中，会给人一种狸猫换太子的感觉,贴一个图

![11172442-550652fbca1251b8.png][]

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图片来自: [https://baijiahao.baidu.com/s?id=1648077822185803003&wfr=spider&for=pc][https_baijiahao.baidu.com_s_id_1648077822185803003_wfr_spider_for_pc]

> 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，还是原来的老婆吗？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。  
> **解决方案**:

##### AtomicStampedReference #####

主要思想:通过加版本控制来进行修改，代码如下:

public class AtomicStampedReferenceTest {
    
    // 初始化，值为100，版本为1
        static AtomicStampedReference<Integer> integerReference =
                new AtomicStampedReference<>(100,1);
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            Thread t1 = new Thread(()->{
                int stamp =  integerReference.getStamp();
                System.out.println("t1第一次版本:"+stamp);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t1第一次修改成功?:"+integerReference.compareAndSet(100, 101,
                        stamp, stamp + 1));
                stamp = integerReference.getStamp();
                System.out.println("t1第二次版本:"+stamp);
                System.out.println("t1第一次修改成功?:"+integerReference.compareAndSet(101,100,
                        stamp,stamp+1));
    
            },"t1");
            Thread t2 = new Thread(() -> {
                int stamp = integerReference.getStamp();
                System.out.println("t2第一次版本:"+stamp);
    //            睡眠3秒保证t1完成一次ABA操作
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t2修改成功?:"+integerReference.compareAndSet(100,500,
                        stamp,stamp+1));
                System.out.println("t2:期望版本是:"+stamp+"--当前版本是:"+integerReference.getStamp());
            },"t2");
            t1.start();
            t2.start();
            t1.join();
            t2.join();
        }
    }

*  代码解析：
    
    1.  首先t1,t2线程同时拿到对象的最初版本1，值为100  
        2.t2 线程等待3秒，保证t1线程将值修改为101,然后再将值修改为100，但是版本已经从,1->2->3  
        3.t2线程根据3秒前拿到的版本进行修改，即使数据值都为100，但是3秒前的版本是1，现在的版本为3，所以修改失败  
        **打印输出**:

> t1第一次版本:1  
> t2第一次版本:1  
> t1第一次修改成功?:true  
> t1第二次版本:2  
> t1第一次修改成功?:true  
> t2修改成功?:false  
> 期望版本是:1--当前版本是:3

## 问题: ##

一切看上去好像都没什么问题，但是当我们把初始值改成大于127的数值，代码如下，修改的地方已经标注，其实只是将里面的100全部替换为400

public class AtomicStampedReferenceTest {
    
        static AtomicStampedReference<Integer> integerReference =
                // 将100改成400
                new AtomicStampedReference<>(400,1);
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            Thread t1 = new Thread(()->{
                int stamp =  integerReference.getStamp();
                System.out.println("t1第一次版本:"+stamp);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                // 将100改成400
                System.out.println("t1第一次修改成功?:"+integerReference.compareAndSet(400, 101,
                        stamp, stamp + 1));
                stamp = integerReference.getStamp();
                System.out.println("t1第二次版本:"+stamp);
                System.out.println("t1第一次修改成功?:"+integerReference.compareAndSet(101,400,
                        stamp,stamp+1));
    
            },"t1");
            Thread t2 = new Thread(() -> {
                int stamp = integerReference.getStamp();
                System.out.println("t2第一次版本:"+stamp);
    //            睡眠3秒保证t1完成一次ABA操作
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                //将100改成400
                System.out.println("t2修改成功?:"+integerReference.compareAndSet(400,500,
                        stamp,stamp+1));
                System.out.println("t2:期望版本是:"+stamp+"--当前版本是:"+integerReference.getStamp());
            },"t2");
            t1.start();
            t2.start();
            t1.join();
            t2.join();
        }
    }

**打印输出**

> t1第一次版本:1  
> t2第一次版本:1  
> t1第一次修改成功?:false  
> t1第二次版本:1  
> t1第一次修改成功?:false  
> t2修改成功?:false  
> t2:期望版本是:1--当前版本是:1

？？？怎么会呢?我卖100本书让我卖，我卖400本书就不让我卖了？  
**看看方法**

public boolean compareAndSet(V   expectedReference,
                                     V   newReference,
                                     int expectedStamp,
                                     int newStamp) {
            Pair<V> current = pair;
            return
                // 这一行重点，期望值当前值对比，也就是我们传的100和400
                expectedReference == current.reference &&
                expectedStamp == current.stamp &&
                ((newReference == current.reference &&
                  newStamp == current.stamp) ||
                 casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));
        }

*  上面标注的一行为原因所在，这里需要将两个Integer对象进行对比，相等则true否则false，那为啥我们传100就可以400就不行，原因就是Integer的缓存，先看下面的代码与打印输出

Integer a =127;
            Integer b =127;
            System.out.println(a==b); // 输出true
            a=128;
            b=128;
            System.out.println(a==b);// 输出false
            a=-127;
            b=-127;
            System.out.println(a==b);// 输出true
            a=-128;
            b=-128;
            System.out.println(a==b);// 输出true
            a=-129;
            b=-129;
            System.out.println(a==b);// 输出false

主要原因就是Integer的缓存范围为:\[-128,127\],[Integer用==进行值比较，什么时候相等，什么时候不等？][Integer]  
,即只要你的数值在这个范围内使用上面的方法都没错，但是超过了，则每次修改就会失败

#### 解决方案:使用integer来接收当前的对象，在当前对象的基础上进行修改，即使用100与400的地方都改成通过integerReference.getReference()直接获取当前对象，如果直接传400就会导致Integer装包时创建新的对象，导致数值虽然相等，但是对象不相等。 ####

public class AtomicStampedReferenceTest {
    
        static AtomicStampedReference<Integer> integerReference =
                new AtomicStampedReference<>(400,1);
    
        public static void main(String[] args) throws Exception {
            Thread t1 = new Thread(()->{
                int stamp =  integerReference.getStamp();
                System.out.println("t1第一次版本:"+stamp);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t1第一次修改成功?:"+integerReference.compareAndSet(integerReference.getReference(), 101,
                        stamp, stamp + 1));
                stamp = integerReference.getStamp();
                System.out.println("t1第二次版本:"+stamp);
                System.out.println("t1第一次修改成功?:"+integerReference.compareAndSet(integerReference.getReference(),400,
                        stamp,stamp+1));
    
            },"t1");
            Thread t2 = new Thread(() -> {
                int stamp = integerReference.getStamp();
                System.out.println("t2第一次版本:"+stamp);
    //            睡眠3秒保证t1完成一次ABA操作
                try {
                    Thread.sleep(3000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("t2修改成功?:"+integerReference.compareAndSet(integerReference.getReference(),500,
                        stamp,stamp+1));
                System.out.println("t2:期望版本是:"+stamp+"--当前版本是:"+integerReference.getStamp());
            },"t2");
            t1.start();
            t2.start();
            t1.join();
            t2.join();
        }
    }

[11172442-49ef3b4d6516ceda.png]: /images/20210825/098181b6f4ed46da82cb8c8371997e23.png
[11172442-550652fbca1251b8.png]: /images/20210825/e40a524a5d484cf290cc1fa91e96a463.png
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