切换运算符是原子的吗？

Posted 2023-03-14

【中文标题】切换运算符是原子的吗？

【英文标题】：Is switch operator atomic?

【发布时间】：2017-06-14 22:07:32

【问题描述】：

在文档中说你可以同样使用if-else 多次或switch-case：

int condition;

setCondition(int condition) 
    this.condition = condition;

任一开关盒

switch (condition) 
  case 1: print("one"); break;
  case 2: print("two"); break;

或

if (condition == 1)  print("one"); 
else if (condition == 2)  print("two"); 

接下来，condition 被声明为 volatile 并从多个线程调用方法 setCondition()。 If-else 不是原子的，volatile 变量写入是同步操作。所以“one”和“two”字符串都可以打印在最后一个代码中。

如果使用了一些具有初始值的方法局部变量，则可以避免：

int localCondition = condition;
if (local condition == ..) ..

switch-case 操作员是否持有一些变量的初始副本？它是如何实现跨线程操作的？

【问题讨论】：

您的假设是错误的：If/else 保证即使在竞争条件下也只采用一个分支。这只有在竞争条件导致未定义行为的 c 等语言中才有可能。

@Boris if/else if 与 if/if 的全部意义在于事实并非如此。

@Voo 我明白你的意思 - 我很厚。把它归咎于周日的宿醉。我想如果值在评估期间发生变化，它可能会打印 nothing - 这是switch 会阻止的竞争条件。

在 which 文档中说明了多个 if-else 与 switch-case？也许它是一份非正式的文档，涵盖了语言基础知识，但不包括多线程的微妙之处

为保护@Voo 的宿醉，他断言“if/else 保证即使在竞争条件下[确切] 一个分支也会被采用”，这绝不是不真实的。后续地址 if/else if 与 if/if，虽然可能是切线相关的，但不会改变声明的声明。

【参考方案1】：

来自Java specification on switch 语句：

执行 switch 语句时，首先计算表达式。 [...]

这建议表达式被评估一次，结果暂时保存在其他地方，因此不可能出现竞争条件。

但我在任何地方都找不到明确的答案。

---

快速测试表明情况确实如此：

public class Main 
  private static int i = 0;

  public static void main(String[] args) 
    switch(sideEffect()) 
      case 0:
        System.out.println("0");
        break;
      case 1:
        System.out.println("1");
        break;
      default:
        System.out.println("something else");
    

    System.out.println(i); //this prints 1
  

  private static int sideEffect() 
    return i++;
  

确实，sideEffect() 只被调用一次。

【讨论】：

换个角度想：如果我们写switch(someFunctionWithSideEffect())，那么switch语句最好只评估一次函数

@Todd Sewell "...表达式被评估..." 没有任何建议。这意味着表达式被评估 [根据 JVM 的规范]，这意味着给定 JVM 的表达式评估器的实现者不得破坏易失性访问规则。因此，它应该受制于当前正在执行的线程的相同条件。

+1。奇怪的是，虽然规范确实定义了名词“读”和“写”等等，但并没有真正详细说明：docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/…。但除了long 和double 的特殊情况之外，它们似乎应该正是你天真地期望的意思；例如，似乎很明显，像int foo = this.mFoo; return foo + foo; 这样的东西只允许执行一个“读取”this.mFoo。

我不是 Java 人，但这里的主题称为语言的正式memory model（如果有的话）。这些是语言对内存访问所做的保证，正如这里所指出的，对于给定并发性的正确性而言，这些保证变得很重要——并非必不可少。

@Glenn Slayden，java 有内存模型（参见 JMM），我认为问题是关于它的。但就 switch() 使用局部变量（评估表达式值）而言，这个问题似乎不在 JMM 范围内。请参阅 Shipilev 关于 JMM 的讲座：shipilev.net/blog/2014/jmm-pragmatics“内存模型似乎回答了一个简单的问题：“特定读取可以观察到哪些值？””

【参考方案2】：

表达式在进入开关时被计算一次。

开关可以根据需要在内部使用结果多次以确定要跳转到的代码。类似于：

int switchValue = <some expression>;
if (switchValue == <some case>)
    <do something>
else if (switchValue == <some other case>
    <do something else>
// etc

其实一个switch会根据case的数量和值的类型，编译成多种字节码样式。

开关只需要计算一次表达式。

【讨论】：

如果表达式（和大小写标签）是字符串，这是真的吗？

@carlos 是的。字符串是不可变的。一旦你引用了 switch 的 String 表达式，它实际上就是一个常量

@Bohemian 如果您的说法是“从 x 跟随 y”但 x 不正确，那么整个解释都是可疑的。是的，交换机只能有一个真正的分支，但那是因为 JLS 需要它，而不是因为涉及到跳转表（因为实际上绝大多数交换机都没有跳转表）。但是，是的，我删除了我的评论，因为我想让这个更清楚。一般来说，用实现细节解释合同行为是非常危险的（尤其是很多损坏的并发代码可以追溯到那个）

只是让我困惑的“开关只需要使用表达式一次”：表达式的值对Strings使用了两次，但只计算了一次......

@voo 很好...我已经将答案的实现换成了另一个（类似于switch 可以做的事情。