为什么使用volatile会使long和double类型变为原子类型

Question

为什么使用volatile会使long和double类型变为原子类型

javamultithreadingconcurrencyvolatile

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我正在尝试学习Java中多线程的术语。如果我在以下文本中使用了错误的定义，请纠正我：

来自不同资源的发现

原子操作： 根据Java文档：

在编程中，原子操作是一次有效完成的操作。原子操作不能在中间停止：它要么完全发生，要么根本不发生。原子操作的任何副作用在操作完成之前都不可见。

这就是为什么读取或写入长整型或双精度变量不是原子操作的原因。因为它涉及两个操作，第一个是32位操作，第二个是32位读/写操作。此外，从上面的段落中，我理解如果我在方法上使用synchronized，它将使该方法成为原子方法（从理论上讲）。

易失变量：也来自Java文档：

这意味着对易失变量的更改始终对其他线程可见。更重要的是，它还意味着当线程读取易失变量时，它不仅看到易失变量的最新更改，而且看到导致更改的代码的副作用。

现在，根据Joshua Bloch的《Effective Java 2nd Edition》中提到的以下几点，也考虑volatile声明：

请考虑以下内容：

// Broken - requires synchronization!
private static volatile int nextSerialNumber = 0;

public static int generateSerialNumber() {
    return nextSerialNumber++;
}

该方法的状态由一个原子可访问的字段nextSerialNumber组成，该字段的所有可能值都是合法的。因此，不需要同步来保护其不变量。尽管如此，在没有同步的情况下，该方法将无法正常工作。

这是因为nextSerialNumber++不是原子操作，它执行读取、递增和写入操作。

我的总结

所以如果nextSerialNumber++不是原子操作，需要使用synchronize。那么为什么以下操作是原子操作且不需要同步呢？

private static volatile long someNumber = 0;

public static int setNumber(long someNumber) {
    return this.someNumber = someNumber;
}

我不明白的是，为什么在 double 或 long 上使用 volatile 可以使其变成原子性？

因为 volatile 的作用只是确保当线程 B 尝试读取被线程 A 写入的 long 变量，而线程 A 只写入了 32 位，则当线程 B 访问资源时，它将获取到线程 A 写入的 32 位数字。但这并不能使它变成“原子性”，因为“原子性”这一术语的定义在 Java Doc 中有所解释。

- Amin

3

你在这里只是自说自话。你在上一个段落的第一句话所做的陈述只是你做出的错误假设，而不是从规范参考中得出的声明。JLS 17.4指出：“对volatile字段的写入发生在对该字段的每次后续读取之前”。 - user207421

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有一个更有说服力的JLS参考文献...请看回答。 - Stephen C

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@StephenC 确实，发现得不错。 - user207421

nextSerialNumber++ 是对 nextSerialNumber 的两个不同操作序列，中间至少有一个其他操作：它必须将变量的原始值提取到一个“工作位置”，然后增加工作副本，最后将结果存储回变量。另一方面，this.someNumber = someNumber 只对 this.someNumber 执行一个操作：它存储新值。 - Solomon Slow

2个回答

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我不明白的是为什么在double或long上使用volatile会使其具有原子性？

原因在于，使用volatile与double或long一起使用会使它们具有原子性，因为JLS这样规定。

JLS (第17.7节) 规定：

“对于volatile long和double值的写入和读取始终是原子性的。”

注意：JLS是规范性的。就语言语义而言，javadocs不具有规范性。Bloch的《Effective Java》甚至不是Oracle的文档——它只是一篇（未经授权的）评论。

- Stephen C

2

@moamzia 具体而言，《Effective Java》不是一本规范性的参考书。 - user207421

这甚至不是一个Oracle文档。 - Stephen C

我自己也厌倦了，特别是将其视为来自西奈山的一对石板。请参见此处以获取示例。谈论先马后车。 - user207421

我相信发帖者实际上问的是为什么 volatile 会使 i++ 成为原子操作。答案是它不会，因为它是一个复合语句。 - sola

@sola - 我不同意。请再次阅读他的问题。他陈述了他理解 i++ 是非原子性的，无论 i 是否是 volatile。 - Stephen C

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可以查看英文原文，
原文链接

- janos · Accepted Answer

我不明白的是，为什么在double或long上使用volatile会使其成为原子操作？

如果不使用volatile关键字，您可能会读取一个由一个线程写入的double或long的前32位，和另一个线程写入的后32位，这称为单词撕裂，显然不是原子性操作。

volatile关键字确保这种情况不会发生。您读取的64位值将是一个线程写入的值，而不是多个线程写入结果的奇怪值。这就是指这些类型由于volatile关键字而变得具有原子性的含义。

无论类型是64位还是32位，volatile关键字都无法使类似于x++的操作成为原子操作，因为它是一个复合操作（读取+增量+写入），而不是简单的写入。涉及到的操作可能会被其他线程的操作插入。volatile关键字无法使此类复合操作成为原子操作。

那么，如果nextSerialNumber ++不是原子操作，并且需要同步，请问以下操作为什么是原子操作并且不需要同步？

private static volatile long someNumber = 0;

public static int setNumber(long someNumber) {
    return this.someNumber = someNumber;
}

nextSerialNumber++需要同步是因为它是一个复合操作，因此不是原子操作。

this.someNumber = someNumber是原子性的，得益于this.someNumber是volatile的，而赋值操作也是原子性的，因为它是单一操作。因此没有必要进行同步。没有volatile，this.someNumber将不能以原子方式写入，因此需要同步。