Java的long、double类型的原子性读取问题

发表于 | 分类于 | 阅读次数

In programming, an atomic action is one that effectively happens all at once. An atomic action cannot stop in the middle: it either happens completely, or it doesn’t happen at all. No side effects of an atomic action are visible until the action is complete.

以上是关于原子性的操作的相关描述。

在Java中，以下的操作可以认为是原子操作

  1. 对于引用变量、大多数的原始类型变量的读、写（所有的类型除了long和double）都是原子性的（这个只有才32位的JVM成立）
  2. 所有申明为volatile的变量（包括long和double变量）的读、写都是原子性的

在Java中，自增、自减操作都不是原子性操作，很容易理解。但是long和duoble的读写却不是原子性的问题，却不太好理解。

检验

在32位JVM上，通过两个线程对同一个成员变量进行读写，来测试long和double类型变量的读写不是原子性操作。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51

public class UnatomicLongDemo implements Runnable {

	private static long test = 0;

	private final long val;

	public UnatomicLongDemo(long val) {
		this.val = val;
	}

	@Override
	public void run() {
		while (!Thread.interrupted()) {
			test = val;//两个线程同时断写test变量，如果test变量的读写操作是原子性的，那么test只能是-1或者0
		}
	}

	public static void main(String[] args) {
		Thread t1 = new Thread(new UnatomicLongDemo(-1));
		Thread t2 = new Thread(new UnatomicLongDemo(0));

		System.out.println(Long.toBinaryString(-1));
		System.out.println(pad(Long.toBinaryString(0), 64));

		t1.start();
		t2.start();

		long switchVal;
		while ((switchVal = test) == -1 || switchVal == 0) {
			//如果test、switchVal的操作是原子性的,那么就应该是死循环，否则就会跳出该循环
			System.out.println("testing...");
		}

		System.out.println(pad(Long.toBinaryString(switchVal), 64));
		System.out.println(switchVal);

		t1.interrupt();
		t2.interrupt();
	}

	//将0补齐到固定长度
   private static String pad(String s, int targetLength) {
		int n = targetLength - s.length();
		for (int x = 0; x < n; x++) {
			s = "0" + s;
		}
		return s;
	}

}

测试结果为

这里写图片描述

通过这个例子可以看出

  1. 在32位JVM上，对long型变量test的读取或者对long型变量switchVal的写入不是原子性的。

  2. 非原子性的读、写只是造成long、double类型变量的高、低32位数据不一致

这是由于在32位JVM中对64位的数据的读、写分两步，每一步读或者写32位的数据，这样就会造成两个线程对同一个变量的读写出现一个线程写高32位、另一个线程写入低32位数据。这样此变量的数据就出现不一致的情况。这时候volatile关键字可以防止这种现象发生，因为java的内存模型保证了valotile修饰的long、double变量的读写是原子性的。