Java中多线程的ABA场景问题分析

ABA场景问题简介

多线程中，如果一个线程在读取一个共享变量时，另一个线程把它修改为另外一个值，再修改回原来的值，这时第一个线程可能会检查到期望的值，但是并没有发现这个值已经被修改过，这种情况就叫做ABA场景问题。

ABA场景问题如何解决

Java中提供了一个原子变量类AtomicStampedReference来解决ABA场景问题，它可以把每次变量的修改都记录下来，并且每次修改会自动更新戳记的值，这样在比较时就可以比较戳记的值和变量的值，只有两个值均相同时才认为是期望的值。下面看一个简单的示例说明。

AtomicStampedReference<Integer> atomicStampedReference = new AtomicStampedReference<>(100, 0);

// 线程1：模拟ABA情况
new Thread(() -> {
    int stamp = atomicStampedReference.getStamp();  // 获取戳记
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 第1次版本号： " + stamp + " 值为：" + atomicStampedReference.getReference());
    try {
        Thread.sleep(1000);  // 暂停1秒，让线程2有机会对它进行修改
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    boolean success = atomicStampedReference.compareAndSet(100, 101, stamp, atomicStampedReference.getStamp() + 1); //尝试替换为101
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 修改成功？" + success + " 现在值为：" + atomicStampedReference.getReference());
    success = atomicStampedReference.compareAndSet(101, 100, atomicStampedReference.getStamp(), atomicStampedReference.getStamp() + 1); //尝试替换回100
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 修改成功？" + success + " 现在值为：" + atomicStampedReference.getReference());
}, "线程1").start();

// 线程2：模拟ABA场景问题的解决
new Thread(() -> {
    int stamp = atomicStampedReference.getStamp();  //获取戳记
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 第1次版本号： " + stamp + " 值为：" + atomicStampedReference.getReference());
    try {
        Thread.sleep(2000);  //确保线程1完成ABA操作
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    boolean success = atomicStampedReference.compareAndSet(100, 2021, stamp, atomicStampedReference.getStamp() + 1); //尝试替换为2021，注意此时stamp为1，不能用0。
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " 修改成功？" + success + " 现在值为：" + atomicStampedReference.getReference());
}, "线程2").start();

运行结果如下：

线程1 第1次版本号： 0 值为：100
线程2 第1次版本号： 0 值为：100
线程1 修改成功？true 现在值为：101
线程1 修改成功？true 现在值为：100
线程2 修改成功？false 现在值为：100

结果分析：

• 线程1初始值为100，先将其修改为101，再将其修改回100，这时候线程1认为没有被其他线程修改过；
• 线程2也获取了初始值100，并进行了两秒的等待。等到线程1完成了上面的ABA操作后，线程2尝试将初始值100替换为2021，这时候因为戳记已经变化，所以替换失败了。

我们可以看到线程2虽然读取到了线程1修改后的值，但是由于戳记变化导致了比较失败，从而避免了ABA问题的出现。

总结

上面的示例演示了如何使用AtomicStampedReference解决ABA场景问题的方法。在实际开发中，对于线程安全的问题，应该采用线程安全的类，以避免潜在的问题。在多线程编程中，每个线程都要具有相应的线程安全知识，才能尽可能避免线程安全问题的出现。