【高并發(fā)】32位多核CPU并發(fā)讀寫long型數(shù)據(jù)為何會(huì)出現(xiàn)詭異問(wèn)題？看完這篇我懂了！
來(lái)自：冰河技術(shù)
寫在前面
大冰：小菜童鞋，前幾天講的知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)了嗎？
小菜：復(fù)習(xí)了，大冰哥，我回去關(guān)注了你的公眾號(hào)，收藏和轉(zhuǎn)發(fā)了你的文章，看了好幾遍呢！！
大冰：好的，一定要好好復(fù)習(xí)啊，今天，我們來(lái)分析一個(gè)詭異的問(wèn)題：為何在32位多核CPU上執(zhí)行l(wèi)ong型變量的寫操作會(huì)出現(xiàn)詭異的Bug問(wèn)題呢？今天的內(nèi)容很重要，它能夠幫助你更加深刻的理解線程的原子性問(wèn)題，一定要好好聽(tīng)！
詭異的問(wèn)題
我們?cè)?2位多核CPU的計(jì)算機(jī)上以多線程的方式讀寫long類型的共享變量時(shí)，線程已經(jīng)將變量成功寫入了內(nèi)存，但是重新讀取出來(lái)的數(shù)據(jù)和之前寫入的數(shù)據(jù)不一致，這到底是為什么呢？
原因分析
其實(shí)，造成這個(gè)問(wèn)題的根本原因就是線程的原子性問(wèn)題，而線程的原子性問(wèn)題最終的“幕后黑手”是線程切換，如果能夠禁用線程切換就能夠解決這個(gè)問(wèn)題了！在操作系統(tǒng)層面來(lái)看，操作系統(tǒng)做線程切換需要依賴CPU的中斷機(jī)制，所以說(shuō)，禁止CPU發(fā)生中斷就能夠禁止線程切換。
這種方案在單核CPU上是可行的，但是并不適合多核CPU。
其實(shí)，就分析為何在32位多核CPU上執(zhí)行l(wèi)ong型變量的寫操作會(huì)出現(xiàn)詭異的Bug問(wèn)題，我們需要從數(shù)據(jù)類型占用的存儲(chǔ)空間來(lái)分析。long型變量是64位的，在32位CPU上執(zhí)行寫操作會(huì)被拆分成兩次寫操作（分別是寫高32位和寫低32位）。我們可以用下圖來(lái)表示。
32位單核CPU
在32位單核CPU場(chǎng)景下，同一時(shí)刻只有一個(gè)線程執(zhí)行，禁止CPU中斷，也就是說(shuō)，在單核CPU上，操作系統(tǒng)不會(huì)重新調(diào)度線程，實(shí)際上，也就是禁止了線程切換。如果一個(gè)線程獲取到CPU資源，就可以一直執(zhí)行下去，直到線程結(jié)束為止。在這個(gè)線程中，對(duì)于long型變量的兩次寫操作，要么都被執(zhí)行，要么都沒(méi)有被執(zhí)行，兩次寫操作具有原子性，不會(huì)出現(xiàn)寫入的數(shù)據(jù)和讀取的數(shù)據(jù)不一致的情況。
我們可以簡(jiǎn)單的使用下圖來(lái)表示32位單核CPU寫long型數(shù)據(jù)這個(gè)過(guò)程。
由上圖我們可以看出，在32位單核CPU中，禁止了線程切換之后，所有的線程都是串行執(zhí)行的，對(duì)于long型變量的兩次寫操作，要么都被執(zhí)行，要么都沒(méi)有被執(zhí)行，兩次寫操作具有原子性，不會(huì)出現(xiàn)寫入的數(shù)據(jù)和讀取的數(shù)據(jù)不一致的情況。
32位多核CPU
在32位多核CPU場(chǎng)景下，同一時(shí)刻，可能有兩個(gè)甚至更多的線程在同時(shí)執(zhí)行。假設(shè)有兩個(gè)線程分別是線程A和線程B，線程A執(zhí)行在CPU-01上，線程B執(zhí)行在CPU-02上，此時(shí)，禁用CPU中斷，只能保證在每個(gè)CPU上執(zhí)行的線程是連續(xù)的，并不能保證同一時(shí)刻只有一個(gè)線程執(zhí)行，如果線程A和線程B同時(shí)寫long型變量的高32位的話，那么，就有可能出現(xiàn)詭異的Bug問(wèn)題，也就是說(shuō)，明明已經(jīng)將變量成功寫入內(nèi)存了，但是重新讀取出來(lái)的數(shù)據(jù)卻不是自己寫入的！！
我們可以簡(jiǎn)單的使用下圖來(lái)表示32位多核CPU并發(fā)寫long型數(shù)據(jù)這個(gè)過(guò)程。
由上圖我們可以看出，在32位多核CPU中，如果有多個(gè)線程同時(shí)對(duì)long類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作，即使中斷CPU操作，也只能保證在每個(gè)CPU上執(zhí)行的線程是連續(xù)的，并不能保證同一時(shí)刻只有一個(gè)線程執(zhí)行。如果多個(gè)線程同時(shí)寫long型變量的高32位的話，那么，就有可能出現(xiàn)詭異的Bug問(wèn)題。
總結(jié)
long型變量是64位的，在32位CPU上執(zhí)行寫操作，會(huì)被拆分成寫高32位和寫低32位兩部分，如果此時(shí)有多個(gè)線程同時(shí)寫long型變量的高32位的話，就有可能出現(xiàn)詭異的Bug問(wèn)題。
注意：不只是long型變量，在32位多核CPU上并發(fā)寫64位數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)，都會(huì)出現(xiàn)類似的詭異問(wèn)題！?。?/strong>
寫在最后
最后，附上并發(fā)編程需要掌握的核心技能知識(shí)圖，祝大家在學(xué)習(xí)并發(fā)編程時(shí)，少走彎路。
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