Java中变量读写的原子性答案

【问题标题】：Atomicity of Reads and Writes for Variables in JavaJava中变量读写的原子性
【发布时间】：2017-03-10 17:00:21
【问题描述】：

这是对另一个 question of mine 的跟进。

@templatetypedef 回答了这个问题（赞赏），他在回答中写道：

请注意 - 原子性并不意味着“所有其他线程都将被阻塞直到值准备好。这意味着所有其他线程要么会看到纯粹在操作完成之前或纯粹之后的状态操作已完成，但没有其他内容。

我对此感到困惑，原因如下：

上面写着here：

原子动作不能交错，因此可以放心使用线程干扰。

我由此推断，与他所写的相矛盾。

如果我们有2个int变量i1和i2，我们做原子操作i1=i2;，这个操作由threadX执行。

如果原子操作不能像上面指出的那样交错，这意味着在这个原子操作期间（由 threadX 执行），不允许其他 threadY 访问（读取或写入）同一个变量 i2，因此，没有其他threadY 允许在原子操作期间访问同一个变量，因此确实存在某种形式的阻塞。

我做对了吗？

谢谢...

【问题讨论】：

不，这意味着 threadY 将看到 all 的分配，或 none 的分配......它不会看到“ i2 的几位，以及 i1 先前值的几位。
@Jon Skeet，所以如果你说的是真的，那么这句话：“原子动作不能交错，所以可以使用它们而不用担心线程干扰。”是 flase，因为在原子操作 i1=i2 期间，threadX 和 threadY 可能会在相同的数据（本例中为 i2）上交错。我明白你的观点 threadY 将始终在原子操作之前或之后读取值，但如果在原子操作期间允许 threadY 读取 i2 i1=i2;然后threadX和threadY在i2上交错，但是根据Oracle教程是不可能的，我错过了什么吗？
Reading i2（或者，通常是来自不同 CPU 缓存的 i2 的单独副本）不能构成交错，因为即使它发生在同一个挂钟时间。 在同一挂钟时间在不同线程中写入 i2 不构成交错，如果最终结果是“i1=i2”获得完整的旧 i2 值或完整的新 i2 值，因为它与另一个线程在“i1=i2”之前或之后执行操作的行为一致，因此这不是在原子操作中间交错，它只会导致不同的顺序。
关于“...可以使用而不必担心线程干扰...”的引用并不能说明全部情况。当我们谈论“线程安全”时，我们必须在架构的每一层谈论它。由于此处已经讨论过的原因，对int 变量的读取和写入是线程安全的，但这不会自动使使用 int 变量的算法成为线程安全的。而且，如果您采取必要的步骤来确保算法的安全性，那并不能确保调用您的算法的代码的安全性，以此类推。

标签： java multithreading atomic

【解决方案1】：

据我所知，没有原子i1 = i2 操作。您可以原子地读取一个 int，也可以原子地写入一个 int，但是您不能在同步的同一操作中同时执行这两种操作。所以i1 = i2 是两个不同的原子操作，先读后写。您可以保证没有任何内容会交叉读取操作，因此您在阅读时不会看到对i2 的部分更新，并且您可以保证不会交叉写入到i1，但不能保证不会发生任何事情在这两个原子操作之间。

假设线程 t1 要做：

i2 = 10
i1 = i2

线程 t2 要做的事情：

i1 = 7
i2 = 18
System.out.println(i1)

您可以保证 t1 最终会将 10 或 18 分配给 i1 但您不知道是哪个。但是，您可以保证它不能是任何其他值，因为 i2 的读取和对 i1 的写入是原子的，因此在修改 i2 时您最终无法看到 i2 的某些位。同样， t2 保证打印 10、18 或 7 并且不能打印其他任何内容。但是，如果没有同步，就无法知道最终会打印这 3 个值中的哪一个。

【讨论】：

【解决方案2】：

... 这意味着在此原子操作期间（由 threadX 执行），不允许其他 threadY 访问（用于读取或写入）相同的变量 i2，因此，不允许其他 threadY 访问相同的变量原子操作期间的变量，因此确实存在某种形式的阻塞。

不，你没有做对。

原子操作意味着线程无法看到处于部分状态的值。分配是原子的，具体取决于运行 JVM 的底层架构以及 i1 和 i2 的数据大小。我相信 Java 说 int 字段是原子分配的，但 long（和 double）可能不是，因为它可能需要 CPU 进行多次操作。

原子操作不能交错，因此可以使用它们而不必担心线程干扰。

这是对的。如果i1 为1，i2 为2，threadX 执行赋值，那么任何其他线程将看到i1 的值是1（旧值）或2（新值）。 ThreadY 不会看到它介于 1 或 2 之间，因为即使多个线程正在更新 i1 的值，该分配也是原子的。

但真正令人困惑的是这里有两个概念：原子性和内存同步。对于线程，每个 CPU 都有自己的内存缓存，因此首先对本地内存进行内存操作，然后将这些更改写入主内存。一个线程可能会在其本地缓存内存中看到i1 的旧副本，即使另一个线程已经更新了主内存。更糟糕的是，当两个线程在它们的本地内存中更新了i1 的值，并且根据它们的操作顺序（这是高度随机的），一个线程的值将覆盖另一个线程对主内存的写入。很难知道哪一个会赢得race condition。

请注意 - 原子性并不意味着“所有其他线程将被阻塞，直到值准备好。

没错。这试图让您知道这里根本不涉及锁定。无法保证ThreadY 将看到的值。 ThreadY 也可以在同一时间将 i1 更新为值 3，然后其他线程可以将其视为 1、2 或 3，具体取决于操作顺序以及这些线程是否与 memory barriers 交叉时缓存刷新和更新被强制执行。

我们控制线程之间共享的字段和对象的方式是使用synchronized 关键字，它赋予线程对资源的唯一访问权限。还有Locks 等机制提供互斥锁。我们还可以通过在字段中添加volatile 关键字来强制内存屏障，这意味着对该字段的任何读取或写入都将在主内存中进行。 synchronized 和 volatile 都确保数据的正确发布和操作的顺序。

【讨论】：