1. Обзор
В предыдущей статье мы узнали, что AtomicStampedReference может предотвратить проблему ABA .
В этом уроке мы более подробно рассмотрим, как его лучше всего использовать.
2. Зачем нам нужен AtomicStampedReference ?
Во- первых, AtomicStampedReference предоставляет нам как переменную ссылки на объект, так и штамп, который мы можем читать и записывать атомарно . Мы можем думать о метке как о метке времени или номере версии .
Проще говоря, добавление штампа `` позволяет нам определить, когда другой поток изменил общую ссылку с исходной ссылки A на новую ссылку B и обратно на исходную ссылку A.
Посмотрим, как он поведет себя на практике.
3. Пример банковского счета
Рассмотрим банковский счет, который имеет две части данных: баланс и дату последнего изменения. Дата последнего изменения обновляется каждый раз при изменении баланса. Наблюдая за этой датой последнего изменения, мы можем узнать, что учетная запись была обновлена.
3.1. Чтение значения и его штампа
Во-первых, давайте представим, что наш референс удерживает остаток на счете:
AtomicStampedReference<Integer> account = new AtomicStampedReference<>(100, 0);
Обратите внимание, что мы указали баланс, 100, и штамп, 0.
Чтобы получить доступ к балансу, мы можем использовать метод AtomicStampedReference.getReference() в переменной-члене нашей учетной записи .
Точно так же мы можем получить штамп с помощью AtomicStampedReference.getStamp() .
3.2. Изменение значения и его штампа
Теперь давайте рассмотрим, как атомарно установить значение AtomicStampedReference .
Если мы хотим изменить баланс счета, нам нужно изменить и баланс, и штамп:
if (!account.compareAndSet(balance, balance + 100, stamp, stamp + 1)) {
// retry
}
Метод compareAndSet возвращает логическое значение, указывающее на успех или неудачу. Неудача означает, что либо баланс, либо штамп изменились с тех пор, как мы в последний раз читали его.
Как мы видим, легко получить ссылку и штамп, используя их геттеры.
Но, как упоминалось выше, нам нужна их последняя версия, когда мы хотим обновить их значения с помощью CAS. Чтобы получить эти две части информации атомарно, нам нужно получить их одновременно.
К счастью, AtomicStampedReference предоставляет нам API на основе массива для достижения этой цели. Давайте продемонстрируем его использование, реализуя метод снятия() для нашего класса Account :
public boolean withdrawal(int funds) {
int[] stamps = new int[1];
int current = this.account.get(stamps);
int newStamp = this.stamp.incrementAndGet();
return this.account.compareAndSet(current, current - funds, stamps[0], newStamp);
}
Точно так же мы можем добавить метод deposit() :
public boolean deposit(int funds) {
int[] stamps = new int[1];
int current = this.account.get(stamps);
int newStamp = this.stamp.incrementAndGet();
return this.account.compareAndSet(current, current + funds, stamps[0], newStamp);
}
Хорошая вещь в том, что мы только что написали, заключается в том, что мы можем знать, прежде чем снимать или вносить депозит, что ни один другой поток не изменил баланс, даже до того, что он был с момента нашего последнего чтения.
Например, рассмотрим следующее чередование потоков:
Баланс установлен на $100. Поток 1 запускает депозит(100) до следующей точки:
int[] stamps = new int[1];
int current = this.account.get(stamps);
int newStamp = this.stamp.incrementAndGet();
// Thread 1 is paused here
означает, что депозит еще не завершен.
Затем поток 2 запускает депозит(100) и вывод(100) , доводя баланс до 200 долларов, а затем обратно до 100 долларов.
Наконец, поток 1 запускается:
return this.account.compareAndSet(current, current + 100, stamps[0], newStamp);
Поток 1 успешно обнаружит, что какой-то другой поток изменил баланс учетной записи с момента его последнего чтения, даже если сам баланс такой же, каким он был, когда поток 1 читал его.
3.3. Тестирование
Это сложно проверить, так как это зависит от очень конкретного чередования потоков. Но давайте хотя бы напишем простой модульный тест, чтобы убедиться, что ввод и вывод средств работают:
public class ThreadStampedAccountUnitTest {
@Test
public void givenMultiThread_whenStampedAccount_thenSetBalance() throws InterruptedException {
StampedAccount account = new StampedAccount();
Thread t = new Thread(() -> {
while (!account.deposit(100)) {
Thread.yield();
}
});
t.start();
Thread t2 = new Thread(() -> {
while (!account.withdrawal(100)) {
Thread.yield();
}
});
t2.start();
t.join(10_000);
t2.join(10_000);
assertFalse(t.isAlive());
assertFalse(t2.isAlive());
assertEquals(0, account.getBalance());
assertTrue(account.getStamp() > 0);
}
}
3.4. Выбор следующего штампа
Семантически отметка похожа на отметку времени или номер версии, поэтому обычно она всегда увеличивается . Также можно использовать генератор случайных чисел.
Причина этого в том, что если штамп можно изменить на то, что было ранее, это может нарушить цель AtomicStampedReference . Сам AtomicStampedReference не применяет это ограничение, поэтому мы должны следовать этой практике. ** ** ``
4. Вывод
В заключение следует отметить, что AtomicStampedReference — это мощная утилита параллелизма, которая предоставляет как ссылку, так и штамп, которые можно читать и обновлять атомарно. Он был разработан для обнаружения ABA, и его следует предпочесть другим классам параллелизма, таким как AtomicReference , где проблема ABA вызывает беспокойство.
Как всегда, мы можем найти код, доступный на GitHub .