为什么以及如何volatile意味着原子读/写？

Question

首先，我知道volatile不会使多个操作（如i++)成为原子操作。这个问题是关于单个读或写操作的。

我最初的理解是，volatile只是执行了一个内存屏障（即其他线程将能够看到更新的值）。

现在我已经注意到JLS第17.7节说volatile还提供了一个读取或写入原子。例如，给定两个线程，两个线程都将不同的值写入volatile long x，那么x最终将恰好表示其中一个值。

我很好奇这怎么可能。在一个32位系统上，如果两个线程并行地写入一个64位的位置，并且没有“适当的”同步（即某种锁），那么结果应该是可能的混叠。为了清楚起见，让我们使用一个例子，其中线程1将0L写入相同的64位内存位置，而线程2将-1L写入相同的64位内存位置。

T1 writes lower 32 bit
T2 writes lower 32 bit
T2 writes upper 32 bit
T1 writes upper 32 bit

结果可能是0x0000FFFFF，这是不理想的。volatile如何防止这种情况？

我在其他地方也读到过，这通常不会降低性能。怎么可能同步写操作而只对速度产生很小的影响呢？

Answer 1

您所说的volatile仅强制了一个内存屏障（意思是，刷新处理器缓存）是错误的。它还暗示了volatile值的读写组合的happens-before关系。例如：

class Foo {
  volatile boolean x;
  boolean y;

  void qux() {
    x = true; // volatile write
    y = true;
  }

  void baz() {
    System.out.print(x); // volatile read
    System.out.print(" ");
    System.out.print(y);
  }
}

当您从两个线程运行这两个方法时，上面的代码将打印true false、true true或false false，但永远不会打印false true。如果没有volatile关键字，您就不能保证后面的情况，因为JIT编译器可能会重新排序语句。

与JIT编译器能够保证这一条件的方式相同，is能够保护程序集中的64位值读写。volatile值由JIT编译器显式处理，以确保其原子性。一些处理器指令集直接通过特定的64位指令来支持这一点，否则JIT编译器会对其进行仿真。

JVM更复杂，正如您可能期望的那样，并且通常在没有完整范围的情况下解释它。请考虑阅读这篇涵盖所有细节的优秀文章。