核心java中的原子问题

Question

这是 Core Java 第 8 版第 757 页的一部分

CAUTION:

public void flipDone() {
   done = !done;
}

// notatomic

我不明白为什么它不是原子的。谁能告诉我为什么？谢谢

Answer 1

flipDone 方法由计算机分三个不同的步骤执行：

Read the value of memory location labeled done into ALU
Flip the value (i.e true -> false or false -> true)
Write the new value into the memory location done

在 Java 中，一段代码可能会在多个线程中调用。这些线程应该被认为是并发执行代码。

假设标记为“done”的内存位置最初包含值“false”。考虑两个线程调用 flipDone，导致以下步骤序列：

Thread 1                             Thread 2
-----------------------------------------------------------------------
Read value of done, false
Invert that value to true
Write the new value, true, to done       
                                     Read value of done, now true
                                     Invert that value to false
                                     Write the new value, false, to done

flipDone 方法被调用两次。正如人们所期望的那样，done 从 false 变为 true，然后又回到 false。但由于线程同时执行，这并不是唯一的步骤顺序。请考虑以下顺序：

Thread 1                             Thread 2
-----------------------------------------------------------------------
Read value of done, false
Invert that value to true            Read value of done, false
Write the new value, true, to done   Invert that value to true    
                                     Write the new value, true, to done

当第一个线程反转其读取的值时，第二个线程同时读取该值。同样，当第一个线程将值写入内存时，第二个线程正在反转它读取的值。当Thread 2完成时，done的值为true。在这里，虽然 flipDone 被调用了两次，但 done 只被翻转了一次！其中一项更新似乎已丢失。这就是本书试图警告你的问题。

Answer 2

这里有三个步骤：

1. 读取布尔值 done
2. 反转步骤 1 中读取的值
3. 将该值分配给布尔值 done

没有什么可以阻止另一个线程预执行在这一切中间清空。

Answer 3

由于两个线程可能同时调用 flipDone() 方法，因此 done 变量的状态是不确定的。

Answer 4

当你执行时

done = !done;

实际发生的是：

1. Get the value of done
2. Apply the not operator
3. Assign it to done

如果两个线程一起执行第一步，它们将具有相同的done值，因此它们不会改变它两次，而是只改变它一次。

例如，如果 did 最初为 true，则更改两次后您会期望它仍然为 true，但如果两个线程一起执行步骤 1，则它将为 false。

Answer 5

它不是作为单个不可分割的操作执行，而是由三个离散操作组成的序列 - 获取done的当前值、对值取反、将新值写回done。这是一个读取-修改-写入操作，其中结果状态源自先前的状态。