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详解Java中的volatile long/double读写原子性_理解64位数据的拆分风险

P粉602998670

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发布时间:2026-02-19 08:40:57

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来源于php中文网

原创

volatile long/double在32位jvm上读写可能非原子,导致读到高低位拼接的错误值;64位jvm默认原子,但复合操作仍需atomiclong等保证;运行时应通过sun.arch.data.model确认位数。

详解java中的volatile long/double读写原子性_理解64位数据的拆分风险

volatile long/double 在32位JVM上不保证原子读写

Java语言规范明确指出:volatile 修饰的 longdouble 变量,在32位虚拟机(或某些旧版JVM实现)上,**可能被拆分为两个32位操作执行**。这意味着一次 readwrite 可能不是原子的——你可能读到“半个新值、半个旧值”的混合结果。

常见错误现象:long 计数器在多线程下出现非预期的跳变或回退;double 时间戳偶尔变成极大负数或 NaN;日志里反复看到 0x00000000FFFFFFFF 这类明显拼接痕迹的值。

  • 只在32位JVM或启用了 -XX:+UseCompressedOops 但未启用 -XX:+UseSplitStacks(已废弃)等特殊配置下才实际暴露,64位JVM默认用单条指令读写64位数据,天然原子
  • volatile 能保证可见性和禁止重排序,但**不扩展原子性边界**——它对 long/double 的“原子性承诺”仅限于JVM实现能用单指令完成时
  • 不用 volatile 改用 AtomicLong/AtomicDouble 是最稳妥的替代方案,它们内部通过 Unsafe.compareAndSwapLong 等机制强制保证64位操作整体性

为什么 AtomicLong 比 volatile long 更安全

AtomicLong 底层不依赖JVM对 volatile long 的实现细节,而是直接调用 Unsafe 提供的原子CAS指令(如 compareAndSwapLong),这些指令在x86/x64平台对应 cmpxchg8bcmpxchg16b,硬件级保障64位读-改-写原子性。

使用场景:计数器、序列号生成、带条件更新的状态字段(比如“仅当当前值小于阈值时递增”)。

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  • AtomicLong.get()volatile long 读性能接近,但 set() 略慢(因需内存屏障),而 incrementAndGet() 等复合操作则完全避免了拆分风险
  • 注意 AtomicLong 不提供 volatile 那种“无锁可见性广播”语义——它的每次 get() 都是新鲜值,但开销略高;若只是单纯发布一个只写一次的配置值,volatile 仍更轻量
  • 别误以为 AtomicLong 构造函数参数能绕过初始化问题:静态字段用 new AtomicLong(0)new AtomicLong(Long.MIN_VALUE) 行为一致,重点在后续操作是否原子

如何快速判断你的JVM是否存在拆分风险

运行时检测比查文档更可靠。关键看JVM是否以64位模式启动,并确认目标CPU支持原生64位加载存储。

  • 执行 java -version,输出含 64-Bit 字样即大概率安全;若显示 32-Bit 或无明确标识,需进一步验证
  • 代码中打印 System.getProperty("sun.arch.data.model") ——返回 "64" 才表示JVM以64位模式运行(即使底层OS是32位,某些JVM也能模拟)
  • 极端情况下(如嵌入式JVM或老版本Android ART),可写一个循环反复 volatile long 写入再读取,检查是否出现中间态(如高位为0、低位非0),但该测试本身有竞态,仅作辅助

volatile long/double 的合理使用边界

它不是“错误”,而是有明确适用前提:你确定运行环境是64位JVM,且不需要对变量做复合操作(如先读再算再写)。

典型安全场景:状态标志(volatile long shutdownTime)、单次写入的配置项(volatile double timeoutMs)、配合 synchronized 使用的辅助字段(此时原子性由锁保证,volatile 仅负责可见性)。

  • 只要涉及 +++=max(current, candidate) 这类读-改-写逻辑,就必须换 AtomicLong 或加锁,volatile 无法兜底
  • 不要为了“看起来轻量”而坚持用 volatile long——现代JVM对 AtomicLong 的内联和屏障优化已经非常成熟,性能差距远小于逻辑出错的代价
  • 如果项目要兼容 Android(尤其旧版本)、某些IoT JVM或自定义移植版,直接默认禁用 volatile long/double,统一走 Atomic* 类型

真正麻烦的从来不是写法,而是那个“应该没问题吧”的假设——它往往藏在压测没覆盖的长尾路径里,等上线后某个凌晨三点才浮现。

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