CAS下ABA問題及優(yōu)化方案
一、并發(fā)業(yè)務(wù)場(chǎng)景
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(gè)并發(fā)的查詢庫存操作，同時(shí)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(dòng)作：
如上圖所示：
- 用戶1購買了3個(gè)庫存，于是庫存要設(shè)置為2
- 用戶2購買了2個(gè)庫存，于是庫存要設(shè)置為3
這兩個(gè)設(shè)置庫存的接口并發(fā)執(zhí)行，庫存會(huì)先變成2，再變成3，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致(實(shí)際賣出了5件商品，但庫存只扣減了2，***一次設(shè)置庫存會(huì)覆蓋和掩蓋前一次并發(fā)操作)
二、不一致原因分析
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(shí)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(shí)候，用戶1的庫存設(shè)置2才能成功
- 僅庫存為5的時(shí)候，用戶2的庫存設(shè)置3才能成功
實(shí)際執(zhí)行的時(shí)候：
- 庫存為5，用戶1的set stock 2確實(shí)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
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(duì)上述庫存扣減的例子，CAS升級(jí)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(jí)為：
- update stock set num=$num_new where sid=$sid and num=$num_old
即可。
四、什么是ABA問題
CAS樂觀鎖機(jī)制確實(shí)能夠提升吞吐，并保證一致性，但在極端情況下可能會(huì)出現(xiàn)ABA問題。
什么是ABA問題?
考慮如下操作：
- 并發(fā)1(上)：獲取出數(shù)據(jù)的初始值是A，后續(xù)計(jì)劃實(shí)施CAS樂觀鎖，期望數(shù)據(jù)仍是A的時(shí)候，修改才能成功
- 并發(fā)2：將數(shù)據(jù)修改成B
- 并發(fā)3：將數(shù)據(jù)修改回A
- 并發(fā)1(下)：CAS樂觀鎖，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)初始值還是A，進(jìn)行數(shù)據(jù)修改
上述并發(fā)環(huán)境下，并發(fā)1在修改數(shù)據(jù)時(shí)，雖然還是A，但已經(jīng)不是初始條件的A了，中間發(fā)生了A變B，B又變A的變化，此A已經(jīng)非彼A，數(shù)據(jù)卻成功修改，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤，這就是CAS引發(fā)的所謂的ABA問題。
庫存操作，出現(xiàn)ABA問題并不會(huì)對(duì)業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響。
再看一個(gè)堆棧操作的例子：
并發(fā)1(上)：讀取棧頂?shù)脑貫?ldquo;A1”
并發(fā)2：進(jìn)行了2次出棧
并發(fā)3：又進(jìn)行了1次出棧
并發(fā)1(下)：實(shí)施CAS樂觀鎖，發(fā)現(xiàn)棧頂還是“A1”，于是修改為A2
此時(shí)會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)錯(cuò)誤，因?yàn)榇?ldquo;A1”非彼“A1”
五、ABA問題的優(yōu)化
ABA問題導(dǎo)致的原因，是CAS過程中只簡(jiǎn)單進(jìn)行了“值”的校驗(yàn)，再有些情況下，“值”相同不會(huì)引入錯(cuò)誤的業(yè)務(wù)邏輯(例如庫存)，有些情況下，“值”雖然相同，卻已經(jīng)不是原來的數(shù)據(jù)了。
優(yōu)化方向：CAS不能只比對(duì)“值”，還必須確保的是原來的數(shù)據(jù)，才能修改成功。
常見實(shí)踐：“版本號(hào)”的比對(duì)，一個(gè)數(shù)據(jù)一個(gè)版本，版本變化，即使值相同，也不應(yīng)該修改成功。
庫存的并發(fā)讀寫例子，引入版本號(hào)的具體實(shí)踐如下：
(1)庫存表由
- stock(sid, num)
升級(jí)為
- stock(sid, num, version)
(2)查詢庫存時(shí)同時(shí)查詢版本號(hào)
- select num from stock where sid=$sid
升級(jí)為
- select num, version from stock where sid=$sid
假設(shè)有并發(fā)操作，都會(huì)將版本號(hào)查詢出來
(3)設(shè)置庫存時(shí)，必須版本號(hào)相同，并且版本號(hào)要修改
舊版本“值”比對(duì)CAS
- update stock set num=$num_new where sid=$sid and num=$num_old
升級(jí)為“版本號(hào)”比對(duì)CAS
- update stock set num=$num_new, version=$version_new
- where sid=$sid and version=$version_old
此時(shí)假設(shè)有并發(fā)操作，***個(gè)操作，比對(duì)版本號(hào)成功，于是把庫存和版本號(hào)都進(jìn)行了修改。
同時(shí)存在的第二個(gè)并發(fā)操作，比對(duì)版本號(hào)發(fā)生了變化，也是庫存應(yīng)該修改失敗。
六、總結(jié)
- select&set業(yè)務(wù)場(chǎng)景，在并發(fā)時(shí)會(huì)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(shí)的“此數(shù)據(jù)”就是“彼數(shù)據(jù)”，應(yīng)該由“值”比對(duì)，優(yōu)化為“版本號(hào)”比對(duì)
【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者】
