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网站字体一般是什么字体,建设网站虚拟主机在哪买,什么网站可以做软件,有什么网站可以做免费推广CAS的ABA问题与解决方案深度解析 这是一个经典的并发编程面试题#xff0c;考察对CAS机制、内存可见性、乐观锁设计的深度理解。下面我将从问题本质、解决方案、源码实现三个维度彻底讲透。 一、什么是ABA问题#xff1f; 1. 问题定义 ABA问题是CAS#xff08;Compare-An…CAS的ABA问题与解决方案深度解析这是一个经典的并发编程面试题考察对CAS机制、内存可见性、乐观锁设计的深度理解。下面我将从问题本质、解决方案、源码实现三个维度彻底讲透。一、什么是ABA问题1. 问题定义ABA问题是CASCompare-And-Swap操作中的一种典型竞态条件线程1读取内存值A线程2将值从A改为B再改回A线程1进行CAS操作发现值仍然是A操作成功但实际上这个A已经不是原来的A了2. 问题重现代码javaimport java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class ABAProblemDemo { private static AtomicInteger counter new AtomicInteger(100); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 线程1先读取值然后做一些耗时操作 Thread t1 new Thread(() - { int value counter.get(); // 读取到100 System.out.println(线程1读取到值: value); // 模拟耗时操作 try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) {} // 尝试CAS更新期望值100新值200 boolean success counter.compareAndSet(value, 200); System.out.println(线程1 CAS操作结果: success , 当前值: counter.get()); }); // 线程2快速修改两次 Thread t2 new Thread(() - { // 第一次修改100 → 150 counter.compareAndSet(100, 150); System.out.println(线程2第一次修改: 100 → 150); // 第二次修改150 → 100改回原值 counter.compareAndSet(150, 100); System.out.println(线程2第二次修改: 150 → 100); }); t1.start(); Thread.sleep(100); // 确保t1先启动 t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println(\n最终结果分析); System.out.println(线程1以为值没变还是100实际上经历了 100→150→100 的变化); System.out.println(这就是ABA问题); } }输出结果text线程1读取到值: 100 线程2第一次修改: 100 → 150 线程2第二次修改: 150 → 100 线程1 CAS操作结果: true, 当前值: 200 最终结果分析 线程1以为值没变还是100实际上经历了 100→150→100 的变化 这就是ABA问题3. ABA问题的危害场景java// 场景1栈数据结构 public class StackT { private NodeT top; public void push(T value) { NodeT newHead new Node(value); NodeT oldHead; do { oldHead top; // 读取当前栈顶 newHead.next oldHead; } while (!casTop(oldHead, newHead)); // CAS更新栈顶 } public T pop() { NodeT oldHead; NodeT newHead; do { oldHead top; // 读取当前栈顶 if (oldHead null) return null; newHead oldHead.next; } while (!casTop(oldHead, newHead)); // CAS更新栈顶 return oldHead.value; } } // ABA问题发生过程 // 1. 线程A读取栈顶为Node1 // 2. 线程B弹出Node1弹出Node2再压入Node1新对象但值相同 // 3. 线程A CAS成功但Node1.next已经不是原来的Node2了 // 结果数据结构损坏二、解决方案版本号/时间戳机制1. AtomicStampedReferenceJDK标准方案javaimport java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference; public class ABASolutionDemo { // 初始值100初始版本号0 private static AtomicStampedReferenceInteger atomicRef new AtomicStampedReference(100, 0); public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread t1 new Thread(() - { // 读取值和版本号 int[] stampHolder new int[1]; int value atomicRef.get(stampHolder); int oldStamp stampHolder[0]; System.out.println(线程1读取: 值 value , 版本 oldStamp); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) {} // CAS操作同时检查值和版本号 boolean success atomicRef.compareAndSet( value, // 期望值 200, // 新值 oldStamp, // 期望版本号 oldStamp 1 // 新版本号 ); System.out.println(线程1 CAS结果: success , 当前值 atomicRef.getReference() , 版本 atomicRef.getStamp()); }); Thread t2 new Thread(() - { // 第一次修改 int[] stampHolder new int[1]; int currentStamp atomicRef.getStamp(); atomicRef.compareAndSet(100, 150, currentStamp, currentStamp 1); System.out.println(线程2第一次修改: 100→150, 版本 currentStamp → (currentStamp 1)); // 第二次修改改回原值但版本号增加 currentStamp atomicRef.getStamp(); atomicRef.compareAndSet(150, 100, currentStamp, currentStamp 1); System.out.println(线程2第二次修改: 150→100, 版本 currentStamp → (currentStamp 1)); }); t1.start(); Thread.sleep(100); t2.start(); t1.join(); t2.join(); System.out.println(\n最终线程1的CAS操作失败因为版本号已变化。); } }源码分析javapublic class AtomicStampedReferenceV { private static class PairT { final T reference; final int stamp; // 版本号 private Pair(T reference, int stamp) { this.reference reference; this.stamp stamp; } static T PairT of(T reference, int stamp) { return new PairT(reference, stamp); } } private volatile PairV pair; public boolean compareAndSet(V expectedReference, V newReference, int expectedStamp, int newStamp) { PairV current pair; return expectedReference current.reference expectedStamp current.stamp ((newReference current.reference newStamp current.stamp) || casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp))); } }2. AtomicMarkableReference简化版javaimport java.util.concurrent.atomic.AtomicMarkableReference; public class MarkableReferenceDemo { // 初始值100标记false private static AtomicMarkableReferenceInteger atomicRef new AtomicMarkableReference(100, false); public static void main(String[] args) { // 获取值和标记 boolean[] markHolder new boolean[1]; int value atomicRef.get(markHolder); boolean oldMark markHolder[0]; // CAS操作同时检查值和标记 boolean success atomicRef.compareAndSet( value, 200, oldMark, !oldMark // 修改标记 ); System.out.println(CAS结果: success); } }适用场景AtomicStampedReference需要完整版本历史AtomicMarkableReference只需知道是否被修改过如GC标记篇幅限制下面就只能给大家展示小册部分内容了。整理了一份核心面试笔记包括了Java面试、Spring、JVM、MyBatis、Redis、MySQL、并发编程、微服务、Linux、Springboot、SpringCloud、MQ、Kafc需要全套面试笔记及答案【点击此处即可/免费获取】​​​三、数据库领域的ABA问题解决1. 乐观锁实现版本号方案sql-- 数据库表设计 CREATE TABLE user_balance ( id BIGINT PRIMARY KEY, user_id BIGINT, balance DECIMAL(10,2), version INT DEFAULT 0, -- 版本号字段 update_time TIMESTAMP ); -- 更新操作Java MyBatis public boolean updateBalance(Long userId, BigDecimal amount) { UserBalance current userBalanceMapper.selectForUpdate(userId); // 模拟CAS版本号检查 int rows userBalanceMapper.updateWithVersion( userId, current.getBalance().add(amount), current.getVersion(), // 期望版本号 current.getVersion() 1 // 新版本号 ); return rows 0; // rows0表示成功否则被其他事务修改 } -- MyBatis映射 update idupdateWithVersion UPDATE user_balance SET balance #{newBalance}, version #{newVersion}, update_time NOW() WHERE user_id #{userId} AND version #{oldVersion} -- CAS条件 /update2. 时间戳方案sqlCREATE TABLE product_stock ( product_id BIGINT PRIMARY KEY, stock INT, update_time TIMESTAMP(6) -- 微秒级时间戳 ); -- 更新时检查时间戳 UPDATE product_stock SET stock stock - 1, update_time CURRENT_TIMESTAMP(6) WHERE product_id #{productId} AND update_time #{oldTimestamp} -- 精确到微秒 AND stock 0;四、分布式系统中的ABA问题1. 分布式锁的实现javapublic class DistributedLockWithToken { private final RedisTemplate redisTemplate; public boolean tryLock(String key, int expireSeconds) { // 使用UUID 时间戳作为token版本号 String token UUID.randomUUID().toString() : System.currentTimeMillis(); // SET key token NX EX expireSeconds Boolean success redisTemplate.opsForValue() .setIfAbsent(key, token, expireSeconds, TimeUnit.SECONDS); if (Boolean.TRUE.equals(success)) { // 保存token到ThreadLocal用于后续CAS释放 tokenHolder.set(token); return true; } return false; } public boolean unlock(String key) { String currentToken tokenHolder.get(); if (currentToken null) return false; // 使用Lua脚本保证原子性 String luaScript if redis.call(get, KEYS[1]) ARGV[1] then return redis.call(del, KEYS[1]) else return 0 end; Long result redisTemplate.execute( new DefaultRedisScript(luaScript, Long.class), Collections.singletonList(key), currentToken ); return result ! null result 0; } }2. 分布式ID生成器的ABA防护javapublic class DistributedIdGenerator { // 雪花算法 序列号重置防护 private long lastTimestamp -1L; private long sequence 0L; public synchronized long nextId() { long timestamp timeGen(); if (timestamp lastTimestamp) { throw new RuntimeException(时钟回拨); } if (timestamp lastTimestamp) { // 同一毫秒内 sequence (sequence 1) SEQUENCE_MASK; if (sequence 0) { // 序列号溢出等待下一毫秒 timestamp tilNextMillis(lastTimestamp); } } else { // 新的一毫秒序列号重置 sequence 0L; // ❌ 这里可能有ABA问题 } // 解决方案加入机器ID或数据中心ID作为版本号 long id ((timestamp - TWEPOCH) TIMESTAMP_SHIFT) | (dataCenterId DATACENTER_SHIFT) | (workerId WORKER_SHIFT) | sequence; lastTimestamp timestamp; return id; } }五、硬件层面的解决方案1. LL/SCLoad-Link/Store-Conditionalassembly# ARM架构的LL/SC指令示例 loop: LDREX R1, [R0] # Load-Link: 加载值并建立监控 ADD R1, R1, #1 # 计算新值 STREX R2, R1, [R0] # Store-Conditional: 如果内存未被修改则存储 CMP R2, #0 # 检查是否成功 BNE loop # 失败则重试原理LDREX加载值并标记该内存区域期间如果有其他处理器修改该内存标记被清除STREX检查标记如果还在则存储否则失败2. 双字CASDCASc// x86的CMPXCHG16B指令128位CAS bool double_word_cas(__int128* ptr, __int128 old_val, __int128 new_val) { // 高64位版本号 // 低64位实际值 return __sync_bool_compare_and_swap(ptr, old_val, new_val); }六、面试深度回答要点基础回答校招/初级ABA问题是CAS操作中的一个典型问题一个值从A变成B又变回ACAS检查时发现值没变就操作成功但实际上中间状态已经改变。可以用AtomicStampedReference通过版本号解决。进阶回答社招/中级ABA问题的本质是CAS只检查值相等不检查状态连续性。解决方案有1) 版本号机制AtomicStampedReference2) 标记位机制AtomicMarkableReference3) 数据库乐观锁4) 硬件LL/SC指令。在分布式系统中可以通过token或时间戳防止ABA问题。深度回答高级/架构师这本质上是状态机的版本管理问题。CAS只能判断值相等不能判断状态连续性。解决方案的核心是引入单调递增的版本号将一维的值比较升级为二维的(值,版本)比较。在数据库领域这演化为乐观锁在分布式系统这演化为token机制在硬件层面LL/SC提供了更优雅的实现。实际应用中我们还需要考虑版本号溢出、分布式时钟同步等问题。篇幅限制下面就只能给大家展示小册部分内容了。整理了一份核心面试笔记包括了Java面试、Spring、JVM、MyBatis、Redis、MySQL、并发编程、微服务、Linux、Springboot、SpringCloud、MQ、Kafc需要全套面试笔记及答案【点击此处即可/免费获取】​​​高频扩展问题AtomicStampedReference的实现原理内部维护一个Pair对象包含reference和stampCAS时同时比较reference和stamp版本号会溢出吗如何解决会int类型最多42亿次解决方案使用AtomicStampedReference时到达最大值后重置或抛异常数据库乐观锁和CAS有什么区别本质相同都是乐观并发控制实现不同数据库在SQL层面CAS在内存层面粒度不同数据库是行级CAS是变量级ABA问题在实际业务中真的有害吗栈/队列数据结构绝对有害会导致数据结构损坏计数器场景可能无害如果只关心最终值需要根据业务语义判断除了版本号还有其他方案吗Hazard Pointer危险指针RCURead-Copy-Update事务内存Transactional Memory掌握ABA问题的本质和解决方案不仅能通过面试更能帮助你在实际开发中设计出更健壮的并发程序。