簡書 占小狼
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原子（atomic），本意是指“不能被進(jìn)一步分割的粒子”。原子操作意味著“不可被中斷的一個(gè)或一系列操作”。
接下去一起看看在Intel處理器和Java里是如何實(shí)現(xiàn)原子操作的。
術(shù)語定義
- Cache line（緩存行）
- Compare and Swap（比較并交換）
- cpu pipeline（cpu流水線）
- memory order violation（內(nèi)存順利沖突）
處理器實(shí)現(xiàn)原子操作
當(dāng)處理器讀取內(nèi)存的一個(gè)字節(jié)時(shí)，其它處理器不能訪問這個(gè)字節(jié)的內(nèi)存地址，最新的處理器能自動(dòng)保證處理器對(duì)同一緩存行里進(jìn)行16/32/64位的操作是原子的。處理器提供總線鎖定和緩存鎖定的機(jī)制保證復(fù)雜內(nèi)存操作的原子性。
1、總線鎖保證原子性
使用處理器提供的一個(gè)LOCK#信號(hào)，當(dāng)一個(gè)處理器在總線上輸出此信號(hào)時(shí)，其它處理器的請(qǐng)求將被阻塞，那么該處理器就能獨(dú)自共享內(nèi)存。
2、緩存鎖保證原子性
“緩存鎖定”指內(nèi)存區(qū)域如果被緩存在處理器的緩存行中，并且在Lock操作期間被鎖定，那么當(dāng)它執(zhí)行鎖操作回寫到內(nèi)存時(shí)，處理器不需要在總線上聲言LOCK#信號(hào)，而是修改內(nèi)部的內(nèi)存地址，通過緩存一致性機(jī)制保證操作的原子性。
例外：當(dāng)操作的數(shù)據(jù)不能被緩存在處理器內(nèi)部，或操作的數(shù)據(jù)跨多個(gè)緩存行，處理器會(huì)調(diào)用總線鎖定。
緩存一致性
緩存一致性會(huì)阻止同時(shí)修改由兩個(gè)以上處理器的內(nèi)存區(qū)域數(shù)據(jù)，當(dāng)其他處理器回寫被鎖定的緩存行數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)使其它處理器的緩存行無效。
Java原子操作實(shí)現(xiàn)
在Java中通過鎖和循環(huán)CAS的方式實(shí)現(xiàn)原子操作。
CAS
jvm中的CAS操作是基于處理器的CMPXCHG指令實(shí)現(xiàn)的，CAS存在三個(gè)問題：
- ABA問題
- 循環(huán)時(shí)間長開銷大
- 只能保證一個(gè)共享變量的原子操作
鎖
鎖機(jī)制保證了只有獲得鎖的線程才能操作鎖定的內(nèi)存區(qū)域，具體實(shí)現(xiàn)可以參考java synchronized
END。
我是占小狼。
在魔都艱苦奮斗，白天是上班族，晚上是知識(shí)服務(wù)工作者。
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