Java volatile变量原子性讨论

JDK官方文档是这样形容volatile的：

The Java programming language provides a second mechanism, volatile fields, that is more convenient than locking for some purposes. A field may be declared volatile, in which case the Java Memory Model ensures that all threads see a consistent value for the variable.

意思就是说，如果一个变量加了volatile关键字，就会告诉编译器和JVM的内存模型：这个变量是对所有线程共享的、可见的，每次jvm都会读取最新写入的值并使其最新值在所有CPU可见。volatile似乎是有时候可以代替简单的锁，似乎加了volatile关键字就省掉了锁。但又说volatile不能保证原子性（java程序员很熟悉这句话：volatile仅仅用来保证该变量对所有线程的可见性，但不保证原子性）。
我们都知道Java volatile关键字是为了保证共享变量在多线程间的可见性，即某个线程修改了共享变量的值，其他线程可以能够立即读到这个修改后的值。可见性的实现原理可以简单的概况如下：volatile变量进行写操作时，JIT编译器会在生成的汇编指令后加上一个lock前缀的额外指令，这个lock指令会使得处理器缓存立即回写到主内存，并使得其他处理器缓存的该缓存行无效。
前面讨论了volatile变量的可见性，那么现在说说它的原子性，先看看下面的代码：

package com.company;import java.util.concurrent.CountDownLatch;import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;/** * Created by root on 2017/10/14. */public class VolatileTest {    private static volatile int anIntV = 0;    private static AtomicInteger anIntA = new AtomicInteger(0);    public static void main(String[] args) {        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(4);        new Thread(() -> {            for (int i = 0; i < 200000; i++) {                anIntV++;                anIntA.getAndIncrement();            }            latch.countDown();        }).start();        new Thread(() -> {            for (int i = 0; i < 200000; i++) {                anIntV++;                anIntA.getAndIncrement();            }            latch.countDown();        }).start();        new Thread(() -> {            for (int i = 0; i < 200000; i++) {                anIntV++;                anIntA.getAndIncrement();            }            latch.countDown();        }).start();        new Thread(() -> {            for (int i = 0; i < 200000; i++) {                anIntV++;                anIntA.getAndIncrement();            }            latch.countDown();        }).start();        try {            latch.await();        } catch (InterruptedException e) {            e.printStackTrace();        }        System.out.println("anIntV = " + anIntV);        System.out.println("anIntA = " + anIntA);    }}

这段代码的执行结果如下

不同于anIntA每次执行结果都是800000，而且这里的anIntV每次执行的结果都不一样。我们可以先下结论，volatile变量没有保证变量的原子性。
我们回头来看看volatile变量为何不保证原子性。让一个volatile的integer自增（i++），其实要分成3步：
1）读取volatile变量值到local；
2）增加变量的值；
3）把local的值写回，让其它的线程可见。
这3步的jvm指令为：

mov    0xc(%r10),%r8d   ; Loadinc    %r8d             ; Incrementmov    %r8d,0xc(%r10)   ; Storelock   addl $0x0,(%rsp) ; StoreLoad Barrier

注意最后一步是内存屏障。
如果变量是volatile 变量，Java内存模型将在写操作后插入一个写屏障指令，在读操作前插入一个读屏障指令。这意味着如果你对一个volatile字段进行写操作，你必须知道：1、一旦你完成写入，任何访问这个字段的线程将会得到最新的值。2、在你写入前，会保证所有之前发生的事已经发生，并且任何更新过的数据值也是可见的，因为内存屏障会把之前的写入值都刷新到缓存。
再回来看前面的JVM指令：从Load到store到内存屏障，一共4步，其中最后一步jvm让这个最新的变量的值在所有线程可见，也就是最后一步让所有的CPU内核都获得了最新的值，但中间的几步（从Load到Store）是不安全的，中间如果其他的CPU修改了值将会丢失。

参考
为什么volatile不能保证原子性而Atomic可以？