【高并发】在32位多核CPU上执行long型变量的写操作会出现诡异的Bug问题

诡异的问题

我们在32位多核CPU的计算机上以多线程的方式读写long类型的共享变量时，线程已经将变量成功写入了内存，但是重新读取出来的数据和之前写入的数据不一致，这到底是为什么呢？

原因分析

其实，造成这个问题的根本原因就是线程的原子性问题，而线程的原子性问题最终的“幕后黑手”是线程切换，如果能够禁用线程切换就能够解决这个问题了！在操作系统层面来看，操作系统做线程切换需要依赖CPU的中断机制，所以说，禁止CPU发生中断就能够禁止线程切换。

这种方案在单核CPU上是可行的，但是并不适合多核CPU。

其实，就分析为何在32位多核CPU上执行long型变量的写操作会出现诡异的Bug问题，我们需要从数据类型占用的存储空间来分析。long型变量是64位的，在32位CPU上执行写操作会被拆分成两次写操作（分别是写高32位和写低32位）。我们可以用下图来表示。

32位单核CPU

在32位单核CPU场景下，同一时刻只有一个线程执行，禁止CPU中断，也就是说，在单核CPU上，操作系统不会重新调度线程，实际上，也就是禁止了线程切换。如果一个线程获取到CPU资源，就可以一直执行下去，直到线程结束为止。在这个线程中，对于long型变量的两次写操作，要么都被执行，要么都没有被执行，两次写操作具有原子性，不会出现写入的数据和读取的数据不一致的情况。

我们可以简单的使用下图来表示32位单核CPU写long型数据这个过程。

由上图我们可以看出，在32位单核CPU中，禁止了线程切换之后，所有的线程都是串行执行的，对于long型变量的两次写操作，要么都被执行，要么都没有被执行，两次写操作具有原子性，不会出现写入的数据和读取的数据不一致的情况。

32位多核CPU

在32位多核CPU场景下，同一时刻，可能有两个甚至更多的线程在同时执行。假设有两个线程分别是线程A和线程B，线程A执行在CPU-01上，线程B执行在CPU-02上，此时，禁用CPU中断，只能保证在每个CPU上执行的线程是连续的，并不能保证同一时刻只有一个线程执行，如果线程A和线程B同时写long型变量的高32位的话，那么，就有可能出现诡异的Bug问题，也就是说，明明已经将变量成功写入内存了，但是重新读取出来的数据却不是自己写入的！！

我们可以简单的使用下图来表示32位多核CPU并发写long型数据这个过程。

由上图我们可以看出，在32位多核CPU中，如果有多个线程同时对long类型的数据进行写操作，即使中断CPU操作，也只能保证在每个CPU上执行的线程是连续的，并不能保证同一时刻只有一个线程执行。如果多个线程同时写long型变量的高32位的话，那么，就有可能出现诡异的Bug问题。

总结

long型变量是64位的，在32位CPU上执行写操作，会被拆分成写高32位和写低32位两部分，如果此时有多个线程同时写long型变量的高32位的话，就有可能出现诡异的Bug问题。

注意：不只是long型变量，在32位多核CPU上并发写64位数据类型的数据，都会出现类似的诡异问题！！！

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写在最后

最后，附上并发编程需要掌握的核心技能知识图，祝大家在学习并发编程时，少走弯路。