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不中断就能保证原子性？大错特错！

news 2026/4/13 11:23:09

如果读者您对“原子性”的认知单纯只是一组操作要么连续做完，要么不做的话，那么说明您不是真的懂原子性，这篇文章值得您一读。
很多人（包括笔者自己）在刚接触并发领域时，通常会把“连续性”等同于“原子性”，认为对于一系列的操作，只要这一系列操作能直接执行完，在此期间不被打断，这一系列操作就是原子性的。其实这种看法是错误的。这种情况只能说明这一系列操作具有“连续性”，而不具备“原子性”。真正的原子性在具备连续性的同时，还应该具有“不可窥探性”。

“原子性的最终保障必须来自硬件，软件只能借助硬件原语来封装和扩展原子性边界”
在软件层面讨论原子性是没有意义的，要讨论原子性，我们必须把目光下放到硬件层面。那么硬件是怎么实现原子性的? 让我们走进CPU内部，看看真正的原子性实现
剖析 CPU 的原语看 CPU 怎么实现原子性
一. 连续性的实现：
在 CPU 的芯片外壳上通常有几根物理引脚是用来接受中断信号的，外部设备想中断 CPU 就给这根引脚发送一个高电平信号。CPU 内部有一个控制节点，它决定了中断是否能被响应，这个控制节点就是一个“与门”，有两个输入端：一个是中断引脚信号，另一个是中断屏蔽位。输出端为触发中断处理信号。
当 CPU 执行原子操作时，将中断屏蔽位置为 0，在整个原子操作执行完后再置为 1。这就保证在整个过程中，CPU 都不会响应外部中断，直到原子操作结束。
二. 不可窥探性的实现：

先来看一段Java代码
public class TestAtomic { private static AtomicInteger count = new AtomicInteger(0); public static void main(String[] args) { // !!! java的原子操作最终是由CPU的原子操作保障的 for (int i = 0; i < 100000; i++) { count.incrementAndGet(); } System.out.println("Final count: " + count.get()); } }
其汇编后的核心代码

可以看到，CPU 核心在执行原子性操作时会给指令加上“lock”前缀。
该前缀会触发“缓存行锁定”(若数据跨缓存行则退化为锁总线)。通过 MESI 协议，该核心将对应缓存行标记为Modified或Exclusive状态，同时强制其他核心中对应的缓存行立即失效。在操作完成前，其他核心若尝试读取该数据，其请求会被“总线嗅探”机制拦截并等待，直到当前核心完成写入并结束锁定状态。这种机制确保了外界无法拿到正在被原子性修改的“中间态”数据。
原子性的权威定义为“全有或全无”，无中间态、无部分执行；
聪明的您应该想到了，真正的原子性不仅要依靠不被中断来实现“全有或全无，无部分执行”的连续性，还需要“互斥性”来实现“无中间态”的不可窥探，如果外界要访问一个正在被原子操作修改的值，那么应该等待这个原子操作结束！很多人也喜欢把原子性当成互斥性来看待，其实这是不准确的，严格来说互斥性只是实现原子不可窥探性的一种手段。
结语：如果这篇文章能给读者您带来一些启发和思考，笔者将不胜荣幸。最后，笔者有个问题想留给各位，许多编程语言都宣称其锁机制能保障操作的“原子性”，您认为这种“原子性”是真正的“原子性”吗？欢迎在评论区分享你的观点。