编程中的“原子”是啥意思？

Posted 2023-02-16

技术标签:

【中文标题】编程中的“原子”是啥意思？【英文标题】：What does "atomic" mean in programming?编程中的“原子”是什么意思？ 【发布时间】：2013-02-09 20:04:06 【问题描述】：

在 Effective Java 一书中，它指出：

语言规范保证读或写变量是原子的，除非变量的类型为 long 或 double [JLS, 17.4.7]。

在 Java 编程或一般编程的上下文中，“原子”是什么意思？

【问题讨论】：

一次一个操作。一次只能对变量执行一个操作。 ibm.com/developerworks/library/j-jtp11234 我怀疑哲学问题属于codereview.stackexchange.com 注意到一些变量默认情况下没有原子读写，将它们声明为volatile long或volatile double使得读原子和写原子。 【参考方案1】：

这是“在系统的其余部分看来是瞬间发生的”，在计算过程中属于Linearizability 的分类。进一步引用链接的文章：

原子性是与并发进程隔离的保证。此外，原子操作通常有成败定义——它们要么成功地改变了系统的状态，要么或者没有明显的效果。

因此，例如，在数据库系统的上下文中，可以有“原子提交”，这意味着您可以将更新的变更集推送到关系数据库，这些变更要么全部提交，要么都不提交在发生故障的情况下，数据不会损坏，并且锁和/或队列的结果，下一个操作将是不同的写入或读取，但仅在事实发生之后 .在变量和线程的上下文中，这几乎是相同的，适用于内存。

您的引述强调了这不是在所有情况下都是预期的行为。

【讨论】：

【参考方案2】：

举个例子：假设foo是long类型的变量，那么下面的操作就不是原子操作（在Java中）：

foo = 65465498L;

确实，变量是使用两个单独的操作写入的：一个写入前 32 位，第二个写入最后 32 位。这意味着另一个线程可能会读取foo 的值，并查看中间状态。

使操作原子化包括使用同步机制，以确保从任何其他线程将操作视为单个原子（即不可拆分为部分）操作。这意味着任何其他线程，一旦操作成为原子操作，将在分配之前或之后看到foo 的值。但绝不是中间值。

一个简单的方法是制作variable volatile:

private volatile long foo;

或者同步对变量的每次访问：

public synchronized void setFoo(long value) 
    this.foo = value;


public synchronized long getFoo() 
    return this.foo;

// no other use of foo outside of these two methods, unless also synchronized

或者用AtomicLong替换它：

private AtomicLong foo;

【讨论】：

所以这是假设它在 32 位系统中运行。如果是 64 位系统呢？将 foo = 65465498L;那么是原子的？ @Harke 如果你运行的是 64 位 Java，是的。这是否也适用于 C# 和 .NET？如果是，为了让 foo 获得原子行为，CLR 必须是 64 位的？ @F***o 它确实适用，这里是如何在 .NET 中实现它，因为我们没有像 Java 这样的同步关键字。 ***.com/questions/541194/… 然后让我们假设线程 A 分配 long 值，然后在中途线程 B 尝试读取它。如果操作A是原子的，那么线程B会等到它完成吗？这意味着原子操作将提供隐式线程安全？【参考方案3】：

如果您有多个线程执行下面代码中的方法 m1 和 m2：

class SomeClass 
    private int i = 0;

    public void m1()  i = 5; 
    public int m2()  return i;

您可以保证任何调用 m2 的线程都将读取 0 或 5。

另一方面，使用此代码（其中i 是一个长字符）：

class SomeClass 
    private long i = 0;

    public void m1()  i = 1234567890L; 
    public long m2()  return i;

调用 m2 的线程可以读取 0、1234567890L 或其他一些随机值，因为对于 long 语句 i = 1234567890L 不能保证是原子的（JVM 可以写入前 32 位和后 32 位）两个操作中的位和一个线程可能会在两者之间观察到i）。

【讨论】：

为什么你认为“long”会导致问题，而“int”不会？请看这里geekswithblogs.net/BlackRabbitCoder/archive/2012/08/09/… @entropy long 和 double 赋值在 Java 中不保证是原子的。因此，您可以阅读很长的内容，其中只有一半的位在分配后被更新。【参考方案4】：

“原子操作”是指从所有其他线程的角度来看似乎是瞬时的操作。当保证适用时，您无需担心部分完成的操作。

【讨论】：

【参考方案5】：

刚刚发现一个帖子Atomic vs. Non-Atomic Operations对我很有帮助。