CAS算法中的问题

  • CAS算法中的问题主要有以下三点：
    • ABA问题
    • 循环时间长开销大
    • 只能保证一个共享变量的原子操作

1. ABA问题

  • ABA问题：一个变量V初次读取时为A，准备赋值时检查仍未A，但不能说明它没有被其他线程修改过（可能被修改为其他值后又被改回来了）。
  • ABA问题的解决思路就是在变量前面追加上版本号或时间戳。JDK1.5之后的AutomicStampedReference类就是用来解决ABA问题的，其中的compareAndSet()方法会同时比较引用值和标志，只有两个都相等时才会更新引用值和标志
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    public boolean compareAndSet( V   expectedReference,
                                  V   newReference,
                                  int expectedStamp,
                                  int newStamp) {
        Pair<V> current = pair;
        return
            expectedReference == current.reference &&  
            expectedStamp == current.stamp &&  // 比较引用值和标志
            ((newReference == current.reference &&
              newStamp == current.stamp) ||  // 如果新值和旧值相等则直接返回true，不CAS
              casPair(current, Pair.of(newReference, newStamp)));  //如果新值和旧值不同，执行CAS
    }

2. 循环时间长开销大

  • CAS经常会用到自旋操作来进行重试，也就是不成功就一直循环执行直到成功。如果长时间不成功，就会增加非常大的CPU的开销，影响系统性能。
  • pause指令可以提升自旋操作的效率，其作用：
    1. 延迟流水线执行指令：pause指令可以延迟指令的执行，从而减少CPU的资源消耗。具体延迟时间取决于处理器的实现版本
    2. 避免内存顺序冲突：在退出循环时，pause指令可以避免由于内存顺序冲突而导致的CPU流水线被清空，从而提高CPU的执行效率

3. 只能保证一个共享变量的原子操作

  • CAS操作仅能对单个共享变量有效。
  • 当需要操作多个共享变量时，CAS就显得无能为力。那么如何解决呢？
    • 从JDK1.5开始，Java提供了AtomicReference类，可以保证引用对象之间的原子性。通过将多个变量封装在一个对象中后可以使用AtomicReference来执行CAS操作。
  • 除了AtomicReference这种方式之外，还可以利用加锁来保证。