一文搞懂 CAS 操作与 ABA 问题：高并发编程的关键知识点

在高并发编程领域，如何高效且安全地实现数据同步一直是开发者面临的核心挑战。CAS（Compare-And-Swap）操作作为一种无锁算法，凭借其独特的优势在多线程同步中占据重要地位，但它也伴随着 ABA 问题这一 “隐患”。今天，我们就来深入剖析 CAS 操作与 ABA 问题，带你掌握高并发编程的关键知识点。

CAS 操作：无锁算法的核心

CAS 操作包含三个关键操作数：内存位置（V）、预期原值（A）和新值（B） 。其核心逻辑在于，只有当内存位置 V 的值与预期原值 A 相匹配时，才会将该位置更新为新值 B，这一过程具备原子性，确保多线程环境下仅有一个线程能成功执行更新。在 Java 的
java.util.concurrent.atomic包中，诸如AtomicInteger、AtomicLong等原子类，均是基于 CAS 实现，为开发者提供了便捷的线程安全数据操作方式。

相较于传统锁机制，CAS 操作避免了线程切换和阻塞带来的性能损耗，在代码实现上更为简洁，尤其适用于读多写少的场景。然而，它并非十全十美，长时间自旋可能过度消耗 CPU 资源，且仅能保障单个共享变量的原子操作，在高并发写入场景下，操作成功率可能大打折扣。

ABA 问题：CAS 操作的 “隐藏陷阱”

ABA 问题是 CAS 操作面临的经典难题。假设线程 1 读取内存位置 V 的值为 A，此时线程 2 也读取该值为 A。随后，线程 2 将 V 的值修改为 B，又改回 A。当线程 1 执行 CAS 操作时，由于 V 的值仍为 A，操作看似成功，但实际上该值已发生过变化，这可能导致程序逻辑出现错误 。在链表操作、状态机等场景中，ABA 问题可能引发链表循环、破坏状态变化顺序等严重后果。

破解之道：应对 ABA 问题的有效方案

为解决 ABA 问题，开发者有多种方案可供选择。版本号机制是常用手段之一，Java 中的AtomicStampedReference类不仅维护数据值，还记录版本号，每次值变动时版本号递增，后续 CAS 操作需同时匹配值与版本号，从而避免 ABA 问题。 例如，在一个模拟数值更新的场景中，即使数值从 100 变为 101 再变回 100，但版本号已从 0 变为 2，其他线程使用版本号 0 进行 CAS 操作时将失败。

使用AtomicMarkableReference 也是可行思路，该类利用布尔值标记数据是否被修改，适用于仅关注数据是否变动，而不在意变动次数的场景。若上述方案无法满足需求，开发者还可回归传统，采用synchronized或ReentrantLock等锁机制，从根源上规避 CAS 相关问题。

CAS 操作与 ABA 问题是高并发编程中相互关联的重要知识点。掌握 CAS 操作的原理与特性，了解 ABA 问题的本质及解决方法，有助于开发者在实际项目中根据业务场景，合理选择并发控制策略，打造高效、稳定的高并发系统。如果你在学习或实践过程中有任何疑问，欢迎在评论区留言交流，一起攻克高并发编程的技术难关！