Volatile 为什么不安全?

首先要了解的是,volatile可以保证可见性和顺序性,这些都很好理解,那么它为什么不能保证原子性呢?

可见性

  可见性与Java的内存模型有关,模型采用缓存与主存的方式对变量进行操作,也就是说,每个线程都有自己的缓存空间,对变量的操作都是在缓存中进行的,之后再将修改后的值返回到主存中,这就带来了问题,有可能一个线程在将共享变量修改后,还没有来的及将缓存中的变量返回给主存中,另外一个线程就对共享变量进行修改,那么这个线程拿到的值是主存中未被修改的值,这就是可见性的问题。

  volatile很好的保证了变量的可见性,变量经过volatile修饰后,对此变量进行写操作时,汇编指令中会有一个LOCK前缀指令,这个不需要过多了解,但是加了这个指令后,会引发两件事情:

  将当前处理器缓存行的数据写回到系统内存
  这个写回内存的操作会使得在其他处理器缓存了该内存地址无效什么意思呢?意思就是说当一个共享变量被volatile修饰时,它会保证修改的值会立即被更新到主存,当有其他线程需要读取时,它会去内存中读取新值,这就保证了可见性。

原子性

  问题来了,既然它可以保证修改的值立即能更新到主存,其他线程也会捕捉到被修改后的值,那么为什么不能保证原子性呢?
  首先需要了解的是,Java中只有对基本类型变量的赋值和读取是原子操作,如i = 1的赋值操作,但是像j = i或者i++这样的操作都不是原子操作,因为他们都进行了多次原子操作,比如先读取i的值,再将i的值赋值给j,两个原子操作加起来就不是原子操作了。

  所以,如果一个变量被volatile修饰了,那么肯定可以保证每次读取这个变量值的时候得到的值是最新的,但是一旦需要对变量进行自增这样的非原子操作,就不会保证这个变量的原子性了。

例:

  一个变量i被volatile修饰,两个线程想对这个变量修改,都对其进行自增操作也就是i++,i++的过程可以分为三步,首先获取i的值,其次对i的值进行加1,最后将得到的新值写会到缓存中。
  线程A首先得到了i的初始值100,但是还没来得及修改,就阻塞了,这时线程B开始了,它也得到了i的值,由于i的值未被修改,即使是被volatile修饰,主存的变量还没变化,那么线程B得到的值也是100,之后对其进行加1操作,得到101后,将新值写入到缓存中,再刷入主存中。根据可见性的原则,这个主存的值可以被其他线程可见。
问题来了,线程A已经读取到了i的值为100,也就是说读取的这个原子操作已经结束了,所以这个可见性来的有点晚,线程A阻塞结束后,继续将100这个值加1,得到101,再将值写到缓存,最后刷入主存,所以即便是volatile具有可见性,也不能保证对它修饰的变量具有原子性。

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