多核环境中原子操作的线程安全

Question

我听说单个原子操作是线程安全的，因为当一个核心正在处理一个原子操作时，它在完成原子操作之前不会做任何其他事情。

例如，在32位操作系统中的java中，有一个变量可以被多个线程访问

 int a; 

线程1写入

a = 3; 

线程2可以写

a = 4; 

写入该变量的线程顺序可能会发生变化，因此最终值可以是3或4，但我们可以确保写入int是一个原子操作，因此该变量中的32位不会混入到某个不可预测的数字中。

我知道在单个核心环境中是这样的，因为在确定原子操作完成之前，核心不会执行另一个线程的代码，

然而，在多核环境中，难道另一个核心不可能访问当前核的原子操作下的变量吗？从而导致变量中的32位混淆？

Answer 1

不-这就是原子的意思:写总是成功的“没有干扰”。因此，您将读取0(原始值)、3或4，但不读取其他值。

在多核设置中，如果线程T1在核心C1上写3，而线程T2在核心C2上写4，那么这个值可能只对写的核心可见。因此，您的int在C1中的值可能是3，在C2中的值可能是4。如果有第三个核心C3，它仍然可以看到原始值0。

为了防止这种不一致性，您需要添加一些同步(例如，通过使int易失性)。

Answer 2

简而言之，没有一个示例操作是线程安全的。您需要使用atomics或同步来获得任何可预测的输出。在给定的示例中，甚至有可能在读取线程'a‘时，它将被定义为0，并将被更新为'3’或'4‘。

原子学不仅与原子性有关，还与有序性有关。后者是所有并发编程的基石。

请记住，有许多事情可能出错，这不仅仅是CPU中正在发生的事情。编译器还会重新排序操作，甚至消除主内存写入。

我建议阅读以下链接来了解所有这些内容是如何工作的：

• 编译器编写人员的Doug页面：http://gee.cs.oswego.edu/dl/jmm/cookbook.html
• JMM：http://shipilev.net/blog/2014/jmm-pragmatics/和http://shipilev.net上的Alexey。
• Bartosz的一个非常有趣的例子，说明当事情不适当同步时会发生什么：http://bartoszmilewski.com/2008/11/05/who-ordered-memory-fences-on-an-x86/