面试题：C语言无锁编程中的ABA问题及解决方案

1. ABA问题阐述

ABA问题指的是在无锁编程中，一个值从A变成B，再变回A，而在这个过程中，其他线程可能会因为只看到了开始和结束的值都是A，就误以为这个值没有发生过变化，但实际上它经历了变化。这可能导致一些隐藏的错误，因为中间状态的变化可能已经影响了程序的逻辑。

2. 多核环境下无锁数据结构应用场景（以无锁链表为例）

假设有一个无锁链表，线程1想要删除链表中的节点A。线程1首先获取到节点A的引用，然后检查它的下一个节点是否还是预期的节点B（假设节点A的下一个节点是B）。就在线程1准备删除节点A之前，线程2介入，它删除了节点A，然后又创建了一个新的节点A并插入到链表相同位置，且新节点A的下一个节点也是B。此时线程1继续执行删除操作，它看到节点A的下一个节点还是B，就以为链表状态没有改变，正常执行删除操作，但实际上它删除的是新创建的节点A，这就破坏了链表的结构。

3. 解决ABA问题的方法及原理

使用版本号（或时间戳）：
- 原理：给每个数据加上一个版本号，每当数据发生变化，版本号就递增。当一个线程想要修改数据时，它不仅要检查数据的值，还要检查版本号是否与预期一致。如果版本号不一致，说明数据在这期间发生了变化，线程需要重新获取数据和版本号，再尝试操作。
使用原子的指针和计数器联合体（如 std::atomic< std::pair<Node*, int> > 在C++ 中，C语言可类似模拟）：
- 原理：将指针和一个计数器组合在一起，每次指针发生变化（比如节点被删除再重新创建），计数器就增加。线程在操作时同时检查指针和计数器，只有两者都符合预期才进行操作。

4. C语言代码示意（使用版本号方式）

#include <stdio.h>
#include <stdatomic.h>

// 定义节点结构
typedef struct Node {
    int value;
    atomic_int version;
    struct Node* next;
} Node;

// 创建新节点
Node* createNode(int val) {
    Node* newNode = (Node*)malloc(sizeof(Node));
    newNode->value = val;
    newNode->version = 0;
    newNode->next = NULL;
    return newNode;
}

// 尝试删除节点
int tryDelete(Node** head, Node* target) {
    Node* current = *head;
    while (current != NULL) {
        if (current == target) {
            int expectedVersion = atomic_load(&current->version);
            // 尝试增加版本号并删除节点
            if (atomic_compare_exchange_strong(&current->version, &expectedVersion, expectedVersion + 1)) {
                if (current == *head) {
                    *head = current->next;
                } else {
                    Node* prev = *head;
                    while (prev->next != current) {
                        prev = prev->next;
                    }
                    prev->next = current->next;
                }
                free(current);
                return 1;
            } else {
                return 0;
            }
        }
        current = current->next;
    }
    return 0;
}

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面试题：C语言无锁编程中的ABA问题及解决方案

知识考点

面试题答案

1. ABA问题阐述

2. 多核环境下无锁数据结构应用场景（以无锁链表为例）

3. 解决ABA问题的方法及原理

4. C语言代码示意（使用版本号方式）