什么是ABA问题？Java里面的原生解决方案是什么？原理是什么？

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 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,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：

这里使用的是AtomicStampedReference的compareAndSet函数，这里面有四个参数：

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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