Что такое ABA проблема

ABA проблема возникает в lock-free алгоритмах, когда значение переменной меняется с A на B и обратно на A, хотя между этими изменениями могли произойти другие операции. Это может привести к некорректной работе алгоритма, если он полагается только на сравнение значений (например, в операции Compare-And-Swap).

Пример в Go с sync/atomic:

package main

import (
    "fmt"
    "sync/atomic"
    "time"
)

func main() {
    var sharedValue int64 = 10 // Начальное значение A

    fmt.Printf("Начальное значение: %dn", atomic.LoadInt64(&sharedValue))

    // Горутина 1: Выполняет A -> B -> A изменение
    go func() {
        fmt.Printf("Горутина 1: Попытка CAS (A->B): %d -> %dn", 10, 20)
        if atomic.CompareAndSwapInt64(&sharedValue, 10, 20) { // A -> B
            fmt.Printf("Горутина 1: Успешно A->B. Текущее значение: %dn", atomic.LoadInt64(&sharedValue))
        } else {
            fmt.Printf("Горутина 1: Не удалось A->B. Текущее значение: %dn", atomic.LoadInt64(&sharedValue))
        }

        time.Sleep(50 * time.Millisecond) // Даем время Горутине 2 попытаться

        fmt.Printf("Горутина 1: Попытка CAS (B->A): %d -> %dn", 20, 10)
        if atomic.CompareAndSwapInt64(&sharedValue, 20, 10) { // B -> A
            fmt.Printf("Горутина 1: Успешно B->A. Текущее значение: %dn", atomic.LoadInt64(&sharedValue))
        } else {
            fmt.Printf("Горутина 1: Не удалось B->A. Текущее значение: %dn", atomic.LoadInt64(&sharedValue))
        }
    }()

    // Горутина 2: Пытается выполнить CAS, полагаясь на то, что значение не менялось с A
    go func() {
        time.Sleep(25 * time.Millisecond) // Ждем, пока Горутина 1 сделает A->B
        fmt.Printf("Горутина 2: Попытка CAS (A->C): %d -> %dn", 10, 30)
        // В этот момент sharedValue может быть 20 (B), если Горутина 1 успела сделать A->B
        // Или 10 (A), если Горутина 1 успела сделать A->B->A
        if atomic.CompareAndSwapInt64(&sharedValue, 10, 30) {
            // Эта операция успешна, если sharedValue снова стало 10 (A), 
            // но Горутина 2 не знает, что между этим A и предыдущим A 
            // значение менялось на B. Это и есть ABA проблема.
            fmt.Printf("Горутина 2: Успешно A->C. Текущее значение: %d (ABA проблема проявилась)n", atomic.LoadInt64(&sharedValue))
        } else {
            fmt.Printf("Горутина 2: Не удалось A->C. Текущее значение: %dn", atomic.LoadInt64(&sharedValue))
        }
    }()

    time.Sleep(200 * time.Millisecond) // Даем горутинам завершиться
    fmt.Printf("Конечное значение: %dn", atomic.LoadInt64(&sharedValue))
}

В этом примере, если Горутина 1 успеет изменить sharedValue с 10 на 20, а затем обратно на 10, прежде чем Горутина 2 попытается выполнить CompareAndSwapInt64(10, 30), то CompareAndSwapInt64 в Горутине 2 будет успешным. Однако Горутина 2 не будет знать, что между ее чтением значения 10 и успешной записью 30, значение временно менялось на 20. Это может привести к некорректным выводам или состояниям в более сложных алгоритмах, которые зависят от того, что значение не менялось.

Для решения ABA проблемы используют различные подходы:

• Версионные указатели (stamped references): К значению добавляется счетчик версий. При каждой модификации значение и счетчик обновляются атомарно. CAS теперь сравнивает не только значение, но и версию. Это наиболее распространенное решение.
• Двойные CAS операции (DCAS): Если архитектура поддерживает атомарные операции над двумя словами, можно использовать это для обновления значения и версии одновременно.
• Hazard pointers: Механизм, позволяющий потокам объявлять, какие указатели они в данный момент используют, чтобы другие потоки не могли их удалить или переиспользовать.
• RCU (Read-Copy-Update): Подход, при котором читатели не блокируются, а писатели создают новую копию данных, модифицируют ее, а затем атомарно переключают указатель на новую копию. Старая копия удаляется только после того, как все активные читатели закончат с ней работу.