Java进阶篇之AtomicMarkableReference：引用还在，标记已经改变

上一篇用AtomicStampedReference记录引用的变化轮次。继续往下看，有些业务只需要表达两个状态：节点还有效，或者节点已被标记删除。把一个布尔值与引用一起观察，就能让提交条件带上这个状态。

今天来看AtomicMarkableReference。我们让一个线程先读取未标记的节点，另一个线程将它标记，再检查旧提交还能不能成功。随后把标记恢复，观察布尔位与版本戳的差别。

本文适用于Java21，示例在JDK21.0.8实际编译运行。这里的节点与删除流程是教学模型，未实现完整并发链表，也没有性能测试数据。

一、一个引用，配一个布尔标记

AtomicMarkableReference 维护引用与boolean标记。应用给标记赋予含义，例如false代表有效、true代表逻辑删除。类本身不会自动解释、翻转或清理这个标记。成对读取与条件更新可参考Java21官方API。

初始观察：(A, false)
标记之后：(A, true)

同一个A仍在共享位置里，状态已经变化。持有旧观察的线程如果只比较引用，就会漏掉这个标记；同时比较引用与标记，才能表达"这个节点仍然有效"的提交条件。

二、逻辑删除怎样进入提交条件

调用compareAndSet(expectedReference, newReference, expectedMark, newMark)时，期望引用按引用身份 比较，也就是==；标记也必须匹配，满足后一起更新。对象字段相同或equals()相等，不能代替相同引用。

例如，下面的操作保留A引用，只将false改为true：

boolean deleted = state.compareAndSet(a, a, false, true);

对于已经保存(A, false)的读取者，后续提交会因当前标记为true而失败。这表示应用约定的有效性条件改变，并不表示A对象已经被回收。

图中的标牌对应状态位。节点留在原位时也能被标记；将它从数据结构中解除连接，需要另一套完整协议。

三、一次取出同一对状态

需要同时使用引用与标记时，调用get(boolean[] markHolder)。返回值给出引用，数组第一个位置接收对应标记，数组至少有一个元素。

boolean[] holder = new boolean[1];
Node old = state.get(holder);
boolean oldMark = holder[0];
boolean changed = state.compareAndSet(old, next, oldMark, false);

分开调用getReference()与isMarked()时，两次读取之间可能发生更新。局部holder与成对读取，让本次提交的观察来源更清楚。CAS失败后应重新检查新状态，再计算下一步。

类还提供attemptMark(expectedReference, newMark)，只按期望引用尝试改变标记，没有expectedMark参数 。需要明确检验旧标记时，选用带两个标记参数的CAS更直接。attemptMark文档也提醒可能发生伪失败，不宜把一次false直接解释为引用一定变化。

四、完整示例：标记变化拒绝旧提交

两个CountDownLatch确定先读取、后标记、再提交的顺序。示例后半段主动恢复标记，用来观察状态重复；实际逻辑删除协议可以禁止这个恢复动作。

import java.util.concurrent.CountDownLatch;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicMarkableReference;

public class MarkableReferenceDemo {
    record Node(String name) {}

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Node a = new Node("A");
        Node b = new Node("B");
        AtomicMarkableReference<Node> state =
                new AtomicMarkableReference<>(a, false);
        CountDownLatch observed = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch marked = new CountDownLatch(1);

        Thread reader = Thread.ofPlatform().start(() -> {
            boolean[] holder = new boolean[1];
            Node old = state.get(holder);
            boolean oldMark = holder[0];
            System.out.println("snapshot=" + old.name() + "/" + oldMark);
            observed.countDown();
            try {
                marked.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                return;
            }
            System.out.println("staleCas=" + state.compareAndSet(
                    old, b, oldMark, false));
        });

        observed.await();
        System.out.println("logicalDelete=" + state.compareAndSet(
                a, a, false, true));
        marked.countDown();
        reader.join();

        boolean[] holder = new boolean[1];
        Node current = state.get(holder);
        System.out.println("afterMark=" + current.name() + "/" + holder[0]);
        System.out.println("sameValueOtherObject=" + state.compareAndSet(
                new Node("A"), b, true, false));

        // Demonstrate a reset; a production deletion protocol may forbid it.
        System.out.println("resetMark=" + state.compareAndSet(a, a, true, false));
        System.out.println("oldPairMatchesAgain=" + state.compareAndSet(
                a, b, false, false));
        current = state.get(holder);
        System.out.println("final=" + current.name() + "/" + holder[0]);
    }
}

保存为MarkableReferenceDemo.java后执行：

javac -encoding UTF-8 MarkableReferenceDemo.java
java MarkableReferenceDemo

本次实际输出：

snapshot=A/false
logicalDelete=true
staleCas=false
afterMark=A/true
sameValueOtherObject=false
resetMark=true
oldPairMatchesAgain=true
final=B/false

staleCas=false说明旧观察未通过当前标记的检查。sameValueOtherObject=false说明新建一个字段同为A的Node也无法代替原引用。最后oldPairMatchesAgain=true则揭示布尔位的边界：标记恢复后，原来的那对值再次出现。

五、布尔状态与版本轮次如何选择

业务问题	更适合表达的状态
当前节点是否已标记	引用与boolean标记
是否仍是原来那一轮更新	引用与应用维护的stamp
多个业务字段必须一起满足规则	完整状态、锁或事务等明确协议

布尔位记录当前状态。false到true再回false只有两个取值，无法保存每次变化的历史。不能据此宣称AtomicMarkableReference普遍解决所有ABA场景；是否可用，需要分析状态是否允许恢复以及旧观察的生命周期。

逻辑删除需要配套算法。标记后谁负责跳过节点、何时解除连接、并发读写怎样协作，都超出这一对状态的原子更新。本文的Node不包含链表指针，不能直接复制成无锁链表实现。

对象内部仍要有约束。引用与标记一起更新，不会自动保护对象内的可变成员。这里使用只有String字段的record，把示例关注点留在成对状态上。

六、几个上手注意事项

给false与true写清业务含义，并让全部写入遵守同一约定。随意调用set()恢复状态，可能重新放行早先的观察。

CAS只决定这次状态提交是否成功，邮件发送、文件写入等外部操作需要另外安排。将外部动作塞进反复尝试的循环，可能造成多次执行。

观察失败时先检查业务前提。一个已标记节点可能需要停止操作或重新寻找节点，持续盲重试未必能推进业务。

七、🧠 思维导图

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状态表示
引用与boolean标记
成对读取
get取得同一观察
条件提交
引用身份与旧标记匹配
逻辑删除
标记与解除连接分开设计
适用边界
布尔位不能记录变化轮次

八、总结

总结要点

引用与标记成对使用。先取得同一观察，再将旧引用与旧标记放进CAS条件，标记变化就能拒绝旧提交。

标记承载应用状态。逻辑删除是常见用途，真正的解除连接与并发数据结构仍需要完整算法。

布尔位有表达边界。状态恢复后旧值可以再次匹配；关心变化轮次时，应考虑版本信息与一致的写入协议。

下一篇继续看AtomicIntegerArray，理解数组中单个元素的原子更新，以及它与整组数据一致性的边界。

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