volatile为什么不能保证原子性

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。

举个栗子

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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