原子操作

今天看到文章讨论 i++ 是不是原子操作。

答案是不是！

参考：http://blog.csdn.net/yeyuangen/article/details/19612795

 

1.i++ 不是，分为三个阶段：

内存到寄存器
寄存器自增
写回内存
这三个阶段中间都可以被中断分离开.

 

2.++i首先要看编译器是怎么编译的，

某些编译器比如VC在非优化版本中会编译为以下汇编代码：

__asm
{
        moveax,  dword ptr[i]
        inc eax
        mov dwordptr[i], eax
}
这种情况下，必定不是原子操作，不加锁互斥是不行的。
假设加了优化参数，那么是否一定会编译为“inc dword ptr[i]”呢？答案是否定的，这要看编译器心情，如果++i的结果还要被使用的话，那么一定不会被编译为“inc dword ptr[i]”的形式。
那么假设如果编译成了“inc dword ptr[i]”，这是原子操作，是否就不需要加锁了呢？如果在单核机器上，不加锁不会有问题，但到了多核机器上，这个不加锁同样会带来严重后果，两个CPU可以同时执行inc指令，但是两个执行以后，却可能出现只自加了一次。
真正可以确保不“额外”加锁的汇编指令是“lock inc dword ptr[i]”，lock前缀可以暂时锁住总线，这时候其他CPU是无法访问相应数据的。但是目前没有任何一个编译器会将++int编译为这种形式。

 

怎么证明 i++ 不是原子操作，可以用下面的代码：

import java.util.concurrent.*;

/**
 * Created by chenghao on 15/9/30.
 */
public class TestPP implements Runnable{

    private static int i = 0;

    private static CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(10);

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
        for(int i = 0;i<10;i++){
            TestPP pPer = new TestPP();
            executorService.execute(pPer);
        }
        countDownLatch.await(300000, TimeUnit.MILLISECONDS);
        System.out.println(i);

    }

    public void run() {
        for(int j=0;j<10000;j++){
            i++;
        }
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" ++ end");
        countDownLatch.countDown();
    }
}

得到结果：

输出：
pool-1-thread-1 ++ end
pool-1-thread-4 ++ end
pool-1-thread-2 ++ end
pool-1-thread-5 ++ end
pool-1-thread-3 ++ end
pool-1-thread-6 ++ end
pool-1-thread-7 ++ end
pool-1-thread-8 ++ end
pool-1-thread-9 ++ end
pool-1-thread-10 ++ end
47710

可以看出每个线程都完成了，但总和小于原子操作的预期。

 

那么哪些操作是原子操作呢，最好的方法，就是看汇编，看是否编译成一行的指令。

 

另外，常见的原子操作可以见如下：http://www.2cto.com/kf/201512/453978.html

1 处理器支持的一系列原子操作

1.1 CAS(Compare And Swap/Set)

int compare_and_swap(int* reg, int oldval, int newval) {
...
}

1.2 Fetch And Add

在某个内存地址存储的值上增加一个值, 下面是段伪代码:

function FetchAndAdd(address location, int inc) {
    int value := *location
    *location := value + inc
    return value
}

1.3 Test And Set

写新值入内存地址,并返回内存地址之前存放的值, 这可以通过spin技术实现lock函数. 伪码如下:

function TestAndSet(boolean_ref lock) {
    boolean initial = lock
    lock = true
    return initial
}

感觉这个test没有起到分支的作用，而仅仅是返回原值。

 

另外，信号量的操作都是原子性的。