Java AB模块相互依赖

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mob64ca140d96d9 2024-10-20 16:45:52

文章标签 Java AB模块相互依赖 java 开发语言后端共享变量 文章分类 Java 后端开发

引言

理解 Java 多线程中的 ABA 问题需要深入研究多线程并发中的原子操作和内存模型，这部分的内容我在另一篇文章里写过：

ABA 问题指的是一个共享变量的值在某个时间点变为 A，后来又变为 B，然后又恢复为 A。虽然看起来值没变化，但实际上数据的语义已经发生了变化，可能导致意料之外的结果。以下是对 ABA 问题的深入理解和代码示例。

1. 什么是 ABA 问题？

ABA问题是在并发编程中出现的一种情况，涉及到多个线程对同一内存位置进行读写操作。它的名字来源于以下操作序列：A → B → A。在这种情况下，线程1读取了一个共享变量的值A，然后线程2将该共享变量的值更改为B，最后线程2又将其值改回A。

这个问题会影响基于CAS（Compare-And-Swap）或类似机制的并发算法。在CAS操作中，线程会读取一个内存位置的值，并且只有在该值和预期值相同时才会进行更新操作。ABA问题使得在并发环境中可能会忽略中间发生的其他更改，因为它只检查值是否与预期值相同。

举个例子：

假设一个初始值为A的共享变量，执行以下操作：

线程1读取共享变量值A，并执行一些计算。
在线程1正在计算的时候，线程2把共享变量的值从A改为了B，然后又改回了A。
线程1完成计算并尝试更新共享变量。在CAS操作中，它检查共享变量的值是否与预期的值A相同，结果是相同的（尽管期间发生了从A到B再到A的变化），所以线程1错误地认为没有其他线程修改过这个值，并执行更新操作。

这样，尽管线程1检查的值是预期的A，但在其执行CAS操作时，实际上共享变量的状态已经发生了变化。这就是ABA问题的核心：尽管在两次检查时共享变量的值都是A，但实际上这个A已经经历了其他值（比如B）的修改。

为了解决ABA问题，可以使用版本号、时间戳或其他更复杂的方法来标记数据的变化。这样可以在进行CAS操作时，不仅仅检查值是否相同，还可以检查标记值以确保在整个过程中数据没有发生过变化。

2. ABA 问题的原因

虽然线程1在检查时看到的值确实与之前相同，但实际上这个值已经在此期间被修改过了（经历了从A到B再到A的过程），这就是ABA问题。

并发场景下的数据修改：假设有一个共享资源的值为 A。线程1读取了这个值A。
在某一时刻线程1挂起：在线程1尚未修改这个值之前，线程2修改了该共享资源的值，使其变为B，然后又修改回了A，这时共享资源的值重新变成了A。
线程1继续执行：线程1恢复执行，检查之前读取的值是否为A，发现它确实是A，然后继续执行基于这个假设进行的操作，但此时这个A已经不是之前的A了。

3. 代码示例演示ABA问题

import java.util.concurrent.atomic.AtomicStampedReference;

public class ABADemo {
    public static void main(String[] args) {
        AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedRef = new AtomicStampedReference<>(100, 0);

        Thread mainThread = new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedRef.getStamp();
            int oldValue = atomicStampedRef.getReference();
            int newValue = 101;

            // 期望值为100，如果相同，则替换为新值101
            boolean result = atomicStampedRef.compareAndSet(oldValue, newValue, stamp, stamp + 1);

            System.out.println("线程1执行CAS操作结果：" + result);
        });

        Thread otherThread = new Thread(() -> {
            int stamp = atomicStampedRef.getStamp();
            int oldValue = atomicStampedRef.getReference();
            int newValue = 100;

            // 将值改为100
            atomicStampedRef.compareAndSet(oldValue, newValue, stamp, stamp + 1);
            System.out.println("线程2将值改为100");
            
            oldValue = atomicStampedRef.getReference();
            newValue = 101;

            // 再将值改回101
            atomicStampedRef.compareAndSet(oldValue, newValue, stamp, stamp + 1);
            System.out.println("线程2将值改回101");
        });

        mainThread.start();
        otherThread.start();
    }
}