Java中long和double賦值不是原子操作,因為先寫32位,再寫后32位,分兩步操作,這樣就線程不安全了。如果改成下面的就線程安全了
private volatile long number = 8;
那么,為什么是這樣?volatile關鍵字難道可以保證原子性?
java程序員很熟悉的一句話:volatile僅僅用來保證該變量對所有線程的可見性,但不保證原子性。但是我們這里的例子,volatile似乎是有時候可以代替簡單的鎖,似乎加了volatile關鍵字就省掉了鎖。這不是互相矛盾嗎?
其實如果一個變量加了volatile關鍵字,就會告訴編譯器和JVM的內存模型:這個變量是對所有線程共享的、可見的,每次jvm都會讀取最新寫入的值並使其最新值在所有CPU可見。所以說的是線程可見性,沒有提原子性。
下面我們用一個例子說明volatile沒有原子性,不要將volatile用在getAndOperate場合(這種場合不原子,需要再加鎖,如i++),僅僅set或者get的場景是適合volatile的。
例如你讓一個volatile的integer自增(i++),其實要分成3步:1)讀取volatile變量值到local; 2)增加變量的值;3)把local的值寫回,讓其它的線程可見。這3步的jvm指令為:
mov 0xc(%r10),%r8d ; Load inc %r8d ; Increment mov %r8d,0xc(%r10) ; Store lock addl $0x0,(%rsp) ; StoreLoad Barrier
注意最后一步是內存屏障。
什么是內存屏障(Memory Barrier)?
內存屏障(memory barrier)是一個CPU指令。基本上,它是這樣一條指令: a) 確保一些特定操作執行的順序; b) 影響一些數據的可見性(可能是某些指令執行后的結果)。編譯器和CPU可以在保證輸出結果一樣的情況下對指令重排序,使性能得到優化。插入一個內存屏障,相當於告訴CPU和編譯器先於這個命令的必須先執行,后於這個命令的必須后執行。內存屏障另一個作用是強制更新一次不同CPU的緩存。例如,一個寫屏障會把這個屏障前寫入的數據刷新到緩存,這樣任何試圖讀取該數據的線程將得到最新值,而不用考慮到底是被哪個cpu核心或者哪顆CPU執行的。
內存屏障(memory barrier)和volatile什么關系?上面的虛擬機指令里面有提到,如果你的字段是volatile,Java內存模型將在寫操作后插入一個寫屏障指令,在讀操作前插入一個讀屏障指令。這意味着如果你對一個volatile字段進行寫操作,你必須知道:1、一旦你完成寫入,任何訪問這個字段的線程將會得到最新的值。2、在你寫入前,會保證所有之前發生的事已經發生,並且任何更新過的數據值也是可見的,因為內存屏障會把之前的寫入值都刷新到緩存。
下面的測試代碼可以實際測試voaltile的自增沒有原子性:
/** * 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++; } } } } 第一次結果:final val is: 18683425 第二次結果:final val is: 15542661 第三次結果:final val is: 18549393
很明顯,輸出結果不一致,說明volatile不能保證原來子性。