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本文主要介绍CAS(比较并交换)，以及CAS存在的ABA问题（狸猫换太子）及原子引用来解决ABA问题。
20. CAS、ABA问题及原子引用
什么是CAS
CAS：compareAndSet比较并交换。与期望值进行比较，如果是期望的值，就更新，否则不更新。CAS是CPU的并发原语。
如下述代码，用原子类，设置初始2020，期望2020，如果达到期望2020，就更新成2021。
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
//参数1期望，参数2更新
// public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
// 如果期望的值达到了就更新,否则就不更新,CAS是CPU的并发原语
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
System.out.println(atomicInteger.get());
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
System.out.println(atomicInteger.get());
}
当然，CAS也有一些缺点：
- 底层循环会耗时
- 一次性只能保证一个共享变量的原子性
- ABA问题
什么是ABA问题呢
ABA问题类似于狸猫换太子。比如说有两个线程，初始共享变量是1，其中A线程CAS1期望值是1，更新值是2，CAS2期望值是2，更新值是1；B线程期望值是1，更新值是2，且B做了个sleep，慢一点。针对这种情况，线程A将共享变量从1更新到2，又从2更新到1，但是B全然不知的。
代码举例：
public static void main(String[] args) {
AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger(2020);
// 期望、更新
// public final boolean compareAndSet(int expect, int update)
// 如果我期望的值达到了，那么就更新，否则，就不更新, CAS 是CPU的并发原语！
// ============== 捣乱的线程 ==================
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 2021));
System.out.println(atomicInteger.get());
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2021, 2020));
System.out.println(atomicInteger.get());
// ============== 期望的线程 ==================
System.out.println(atomicInteger.compareAndSet(2020, 6666));
System.out.println(atomicInteger.get());
}
针对这种问题呢，就要用到原子引用了，原子引用对应的思想是乐观锁的思想。
什么是原子引用
简单说：原子引用就是一种带版本号的原子操作。
下面的代码做的事情就是：原子操作加了版本号，更新的时候会更新版本号。线程A先进行了带版本号的CAS，更新原始值为2，更新成功，然后又将2更新成1，此时版本号变成了3（初始版本号1，更新了两次+1）。B线程去做CAS，发现数值正确但版本号不正确，所以更新失败。
这里要注意的几个点：
- integer有个坑，integer使用了对象缓存机制，默认范围是-128～127（如果integer不在这个范围，下面代码的CAS会出现线程B更新成功的问题），推荐使用静态工厂方法valueof获取对象实例，而不是new，因为valueof使用缓存，而new一定会创建新的对象分配新的内存空间。这是阿里巴巴java规范中提到的。
- 所有包装类的比较，全部使用equals方法比较
public static void main(String[] args) {
AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(1, 1);
new Thread(()->{
int stamp = atomicStampedReference.getStamp();//获得版本号
System.out.println("a1=>" + stamp);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 2, atomicStampedReference.getStamp(),
atomicStampedReference.getStamp() + 1));
System.out.println("a2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(2, 1, atomicStampedReference.getStamp(),
atomicStampedReference.getStamp() + 1));
System.out.println("a2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
},"a").start();
new Thread(()->{
int stamp = atomicStampedReference.getStamp();//获得版本号
System.out.println("b1=>" + stamp);
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println(atomicStampedReference.compareAndSet(1, 6, stamp, stamp + 1));
System.out.println("b2=>" + atomicStampedReference.getStamp());
},"b").start();
}
