CAS实现原子操作的三大问题

骑猪看日落 2022-04-22 12:20 259阅读 0赞

在Java并发包中有一些并发框架也使用了自旋CAS的方式来实现原子性，比如LinkTransferQueue类的Xfer方法。CAS虽然很高效 的解决了原子操作,但是CAS仍然存在三大问题：ABA问题，循环时间开销大，以及只能保证一个共享变量的原子操作。

（1）ABA问题

因为CAS需要在操作值的时候，检查值有么有发生变化，如没有发生变化则更新，但是如果原来的一个值是A，变成了B，又变成了A，那么使用CAS进行检查的时候，会发现他的值没有发生变化，但是实际上却发生了变化。ABA问题的解决思路就是使用版本号。在变量前面追加版本号，每次变量更新的时候把版本号加1，那么A->B->A就变成了1A->2B->3A。在Java1.5开始，JDK的Atomic包里提供了一个类AtomicStampedReference来解决ABA问题。这个类的compareAndSet方法的作用是首先检查当前引用是否等于预期引用，并且检查当前标志是否等于预期标志，如果全部等于，则以原子方式将该引用和该标志的值设置为给定的更新值。

public boolean compareAndSet(
        v expectedReference, //预期引用
        V newReference,      //更新后的引用
      int expectedStamp,     //预期标志
      int newStamp           //更新后的标志
    )

（2） 循环时间开销大

自旋CAS如果长时间不动，会给CPU带来非常大的执行开销，如果JVM能支持处理器提供的pause指令，那么效率会有一定的提升。pause指令有两个作用：第一，它可以延迟流水线执行指令，是CPU不会消耗过多的执行资源，延迟的时间取决于具体实现的版本，在一些处理器上延迟时间是零；第二，它可以避免在退出循环的时候因内存顺序冲突而引起的CPU流水线被清空，从而提高内存CPU的执行效率。

（3）只能保证一个共享变量的原子性

当对一个共享变量执行操作时，我们可以使用循环CAS的方式来保证原子操作，但是对多个共享变量操作时，循环CAS就无法保证操作的原子性，这个时候就可以用锁。还有一个取巧的方法，就是把多个共享变量合并成一个共享变量来操作，比如，有两个共享变量i=2,j=a,合并一下ij=2a，然后用CAS来操作ij。从Jaca1.5开始，JDK提供了AtomicReference类来保证引用对象之间的原子性，就可以把多个变量放在一个对象里来进行CAS操作。