Java中的CAS与ABA

🧩 ​​一、CAS原理：图书馆占座的原子操作​​

​​1. 核心机制（Compare And Swap）​​

• ​​类比​​：图书馆唯一座位（​​内存地址V​​），你看到座位空着（​​期望值A​​），准备放书包占座（​​新值B​​）。若放包时座位仍空（V==A），占座成功；若已被占（V≠A），则放弃。
• ​​本质​​：CPU硬件指令（如x86的cmpxchg）保证比较+交换的​​原子性​​，Java通过Unsafe类封装。
• ​​代码示例​​：

  AtomicInteger seat = new AtomicInteger(0); // 座位状态：0=空，1=占// 尝试占座（无锁）
  boolean success = seat.compareAndSet(0, 1); 
  System.out.println("占座结果：" + success); // true

​​2. 工作流程​​

graph LRA[读取内存值V] --> B{是否等于期望值A？}B -->|是| C[更新为新值B]B -->|否| D[放弃操作]

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⚠️ ​​二、ABA问题：座位被占两次的陷阱​​

​​1. 问题本质​​

• ​​场景​​：
  线程1：座位空（A=0）→ 占座（B=1）
  线程2：座位被占（1）→ 清空（A=0）
  线程1：​​再次看到座位空（A=0）​​ → 误判无人用过 → 成功占座（实际已被他人使用过）。
• ​​风险​​：数据状态被​​隐形篡改​​，如银行余额重复扣款。

​​2. 解决方案：加“版本号”​​

• ​​类比​​：给座位贴标签（如日期），每次使用更新标签。
• ​​代码示例​​：

  AtomicStampedReference<Integer> seat = new AtomicStampedReference<>(0, 0); // 初始值=0，版本号=0// 第一次占座（版本号+1）
  seat.compareAndSet(0, 1, 0, 1); // 线程2尝试占座：虽然值=0，但版本号已变（预期版本0≠实际版本1）
  boolean success = seat.compareAndSet(0, 1, 0, 1); 
  System.out.println("占座结果：" + success); // false

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📱 ​​三、Android中的应用场景​​

​​1. 全局计数器（无锁高性能）​​

• ​​场景​​：统计App启动次数、按钮点击量。
• ​​优势​​：避免synchronized锁导致主线程卡顿。
• ​​代码示例​​：

  // MainActivity.kt
  val clickCount = AtomicInteger(0)fun onButtonClick() {val newCount = clickCount.incrementAndGet() // CAS自增runOnUiThread { tvCount.text = "点击次数: $newCount" }
  }

​​2. 状态标记（轻量同步）​​

• ​​场景​​：登录状态切换（如“未登录→登录中→已登录”）。
• ​​优势​​：比volatile更精确，比锁更高效。
• ​​代码示例​​：

  enum class LoginState { IDLE, LOADING, SUCCESS }val loginState = AtomicReference(LoginState.IDLE)fun startLogin() {if (loginState.compareAndSet(LoginState.IDLE, LoginState.LOADING)) {// 发起网络请求}
  }

​​3. 资源池复用（避免ABA问题）​​

• ​​场景​​：RecyclerView的ViewHolder复用池中，防止对象被回收后重新分配导致数据错乱。
• ​​代码示例​​：

  // ViewHolder复用池
  AtomicStampedReference<ViewHolder> holderRef = new AtomicStampedReference<>(null, 0);fun getViewHolder(): ViewHolder {int[] stampHolder = new int[1];ViewHolder holder = holderRef.get(stampHolder);if (holder != null) {// 使用前检查版本号，防止已被回收的Holder被复用if (holderRef.compareAndSet(holder, null, stampHolder[0], stampHolder[0])) {return holder;}}return createNewViewHolder();
  }

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⚠️ ​​四、Android开发注意事项​​

1. ​​避免主线程自旋​​：
   CAS失败时会自旋重试，若在主线程长时间自旋会导致ANR。解决方案：限制重试次数或切子线程。

   fun safeUpdate() {var retry = 0while (retry++ < 3) { // 限制重试3次if (atomicRef.compareAndSet(...)) return}// 仍失败则用Handler/LiveData异步处理
   }

2. ​​优先选择原子类​​：

   • AtomicInteger > synchronized：计数器场景性能提升10倍+
   • AtomicReference > volatile：多状态切换更安全

3. ​​内存敏感设备优化​​：
   AtomicFieldUpdater比AtomicInteger节省内存（不包装对象）。

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💎 ​​总结​​

• ​​CAS​​是Android高并发基石，用硬件指令实现无锁线程安全，适合计数器、状态机等场景。
• ​​ABA问题​​需用AtomicStampedReference（版本号）或AtomicMarkableReference（布尔标记）解决。
• ​​选型口诀​​：

  低竞争用原子类（AtomicInteger），  
  防ABA加版本号（AtomicStampedReference），  
  超高并发选分段（LongAdder）。

掌握CAS机制，能显著提升App并发性能与稳定性，尤其在列表滚动、高频点击等场景效果显著。