java volatile不能保证原子性
Java中long和double赋值不是原子操作,因为先写32位,再写后32位,分两步操作,这样就线程不安全了。如果改成下面的就线程安全了
private volatile long number = 8;
那么,为什么是这样?volatile关键字难道可以保证原子性?
java程序员很熟悉的一句话:volatile仅仅用来保证该变量对所有线程的可见性,但不保证原子性。但是我们这里的例子,volatile似乎是有时候可以代替简单的锁,似乎加了volatile关键字就省掉了锁。这不是互相矛盾吗?
其实如果一个变量加了volatile关键字,就会告诉编译器和JVM的内存模型:这个变量是对所有线程共享的、可见的,每次jvm都会读取最新写入的值并使其最新值在所有CPU可见。所以说的是线程可见性,没有提原子性。
下面我们用一个例子说明volatile没有原子性,不要将volatile用在getAndOperate场合(这种场合不原子,需要再加锁,如i++),仅仅set或者get的场景是适合volatile的。
例如你让一个volatile的integer自增(i++),其实要分成3步:1)读取volatile变量值到local; 2)增加变量的值;3)把local的值写回,让其它的线程可见。这3步的jvm指令为:
mov 0xc(%r10),%r8d ; Load inc %r8d ; Increment mov %r8d,0xc(%r10) ; Store lock addl $0x0,(%rsp) ; StoreLoad Barrier
注意最后一步是内存屏障。
什么是内存屏障(Memory Barrier)?
内存屏障(memory barrier)是一个CPU指令。基本上,它是这样一条指令: a) 确保一些特定操作执行的顺序; b) 影响一些数据的可见性(可能是某些指令执行后的结果)。编译器和CPU可以在保证输出结果一样的情况下对指令重排序,使性能得到优化。插入一个内存屏障,相当于告诉CPU和编译器先于这个命令的必须先执行,后于这个命令的必须后执行。内存屏障另一个作用是强制更新一次不同CPU的缓存。例如,一个写屏障会把这个屏障前写入的数据刷新到缓存,这样任何试图读取该数据的线程将得到最新值,而不用考虑到底是被哪个cpu核心或者哪颗CPU执行的。
内存屏障(memory barrier)和volatile什么关系?上面的虚拟机指令里面有提到,如果你的字段是volatile,Java内存模型将在写操作后插入一个写屏障指令,在读操作前插入一个读屏障指令。这意味着如果你对一个volatile字段进行写操作,你必须知道:1、一旦你完成写入,任何访问这个字段的线程将会得到最新的值。2、在你写入前,会保证所有之前发生的事已经发生,并且任何更新过的数据值也是可见的,因为内存屏障会把之前的写入值都刷新到缓存。
下面的测试代码可以实际测试voaltile的自增没有原子性:
/** * Created by lhw on 16-7-29. */ public class Demo { private static volatile long _longVal = 0; public static void main(String[] args) { Thread t1 = new Thread(new LoopVolatile()); t1.start(); Thread t2 = new Thread(new LoopVolatile2()); t2.start(); while (t1.isAlive() || t2.isAlive()) { } System.out.println("final val is: " + _longVal); } private static class LoopVolatile implements Runnable { public void run() { long val = 0; while (val < 10000000L) { _longVal++; val++; } } } private static class LoopVolatile2 implements Runnable { public void run() { long val = 0; while (val < 10000000L) { _longVal++; val++; } } } } 第一次结果:final val is: 18683425 第二次结果:final val is: 15542661 第三次结果:final val is: 18549393
很明显,输出结果不一致,说明volatile不能保证原来子性。