CAS下ABA問題及優(yōu)化方案

一、并發(fā)業(yè)務(wù)場景

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庫存業(yè)務(wù)，stock(sid, num)，其中：
?sid為庫存id
?num為庫存值

如上圖所示，兩個并發(fā)的查詢庫存操作，同時從數(shù)據(jù)庫都得到了庫存是5。

接下來用戶發(fā)生了并發(fā)的庫存扣減動作：

如上圖所示：
?用戶1購買了3個庫存，于是庫存要設(shè)置為2
?用戶2購買了2個庫存，于是庫存要設(shè)置為3
這兩個設(shè)置庫存的接口并發(fā)執(zhí)行，庫存會先變成2，再變成3，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致（實際賣出了5件商品，但庫存只扣減了2，最后一次設(shè)置庫存會覆蓋和掩蓋前一次并發(fā)操作）

二、不一致原因分析

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出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致的根本原因，是設(shè)置操作發(fā)生的時候，沒有檢查庫存與查詢出來的庫存有沒有變化，理論上：
?僅庫存為5的時候，用戶1的庫存設(shè)置2才能成功
?僅庫存為5的時候，用戶2的庫存設(shè)置3才能成功

實際執(zhí)行的時候：
?庫存為5，用戶1的set stock 2確實應(yīng)該成功
?庫存變?yōu)?了，用戶2的set stock 3應(yīng)該失敗掉

三、CAS優(yōu)化

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大家常說的“Compare And Set”（CAS），是一種常見的降低讀寫鎖沖突，保證數(shù)據(jù)一致性的樂觀鎖機(jī)制。

針對上述庫存扣減的例子，CAS升級很容易，將庫存設(shè)置接口執(zhí)行的SQL：
update stock set num=$num_new where sid=$sid
升級為：
update stock set num=$num_new where sid=$sid and num=$num_old
即可。

四、什么是ABA問題

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CAS樂觀鎖機(jī)制確實能夠提升吞吐，并保證一致性，但在極端情況下可能會出現(xiàn)ABA問題。

什么是ABA問題？
考慮如下操作：
?并發(fā)1（上）：獲取出數(shù)據(jù)的初始值是A，后續(xù)計劃實施CAS樂觀鎖，期望數(shù)據(jù)仍是A的時候，修改才能成功
?并發(fā)2：將數(shù)據(jù)修改成B
?并發(fā)3：將數(shù)據(jù)修改回A
?并發(fā)1（下）：CAS樂觀鎖，檢測發(fā)現(xiàn)初始值還是A，進(jìn)行數(shù)據(jù)修改

上述并發(fā)環(huán)境下，并發(fā)1在修改數(shù)據(jù)時，雖然還是A，但已經(jīng)不是初始條件的A了，中間發(fā)生了A變B，B又變A的變化，此A已經(jīng)非彼A，數(shù)據(jù)卻成功修改，可能導(dǎo)致錯誤，這就是CAS引發(fā)的所謂的ABA問題。

庫存操作，出現(xiàn)ABA問題并不會對業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。

再看一個堆棧操作的例子：

并發(fā)1（上）：讀取棧頂?shù)脑貫椤癆1”

并發(fā)2：進(jìn)行了2次出棧

并發(fā)3：又進(jìn)行了1次出棧

并發(fā)1（下）：實施CAS樂觀鎖，發(fā)現(xiàn)棧頂還是“A1”，于是修改為A2

此時會出現(xiàn)系統(tǒng)錯誤，因為此“A1”非彼“A1”

五、ABA問題的優(yōu)化

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ABA問題導(dǎo)致的原因，是CAS過程中只簡單進(jìn)行了“值”的校驗，再有些情況下，“值”相同不會引入錯誤的業(yè)務(wù)邏輯（例如庫存），有些情況下，“值”雖然相同，卻已經(jīng)不是原來的數(shù)據(jù)了。

優(yōu)化方向：CAS不能只比對“值”，還必須確保的是原來的數(shù)據(jù)，才能修改成功。

常見實踐：“版本號”的比對，一個數(shù)據(jù)一個版本，版本變化，即使值相同，也不應(yīng)該修改成功。

庫存的并發(fā)讀寫例子，引入版本號的具體實踐如下：
（1）庫存表由
stock(sid, num)
升級為
stock(sid, num, version)

（2）查詢庫存時同時查詢版本號
select num from stock where sid=$sid
升級為
select num, version from stock where sid=$sid

假設(shè)有并發(fā)操作，都會將版本號查詢出來

（3）設(shè)置庫存時，必須版本號相同，并且版本號要修改
舊版本“值”比對CAS
update stock set num=$num_new where sid=$sid and num=$num_old
升級為“版本號”比對CAS
update stock set num=$num_new, version=$version_new
 where sid=$sid and version=$version_old

此時假設(shè)有并發(fā)操作，第一個操作，比對版本號成功，于是把庫存和版本號都進(jìn)行了修改。


同時存在的第二個并發(fā)操作，比對版本號發(fā)生了變化，也是庫存應(yīng)該修改失敗。

六、總結(jié)

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?select&set業(yè)務(wù)場景，在并發(fā)時會出現(xiàn)一致性問題
?基于“值”的CAS樂觀鎖，可能導(dǎo)致ABA問題
?CAS樂觀鎖，必須保證修改時的“此數(shù)據(jù)”就是“彼數(shù)據(jù)”，應(yīng)該由“值”比對，優(yōu)化為“版本號”比對