使用volatile限定的数组并发修改是否具备原子性和线程可见性？

代码中volatile限定的作用说明 #

你写的volatile unsigned char *volatile key[6]中两个volatile分别约束不同对象：

• 靠近unsigned char的第一个volatile：表示指针指向的unsigned char数据是易变的，编译器不能优化对应读写操作，每次读必须从内存地址取值，每次写必须立刻回写内存，不能暂存在寄存器中。
• 靠近*的第二个volatile：表示key数组中存储的每个指针变量本身是易变的，编译器同样不能优化对这些指针本身的读写。

问题1：能否保证多线程下的可见性？ #

不能。
volatile的设计初衷是处理内存映射IO、中断这类硬件交互场景，并非为多线程场景设计：

• 它只能约束编译器的行为，不会在生成的机器码中插入CPU内存屏障指令，无法解决多核CPU的缓存一致性问题。某一个CPU核修改了数组元素后，修改可能仅停留在当前核的私有缓存中，其他核的缓存不会主动失效，对应线程读到的仍然是旧的缓存值。
• 即便是C11及之后的标准，volatile也不提供跨线程的可见性保证，跨线程可见性需要使用C11提供的_Atomic类型或者手动插入内存屏障才能实现。

问题2：能否保证操作的原子性？ #

完全不能。
volatile没有任何原子性相关的语义：

• 哪怕是单个char的读写操作，C标准也从未规定它是原子的，仅大部分主流架构下对齐的char读写默认是原子的，这和volatile没有任何关联。
• 如果是读改写这类复合操作（比如*key[0] += 1、*key[0] ^= 0xFF这类），哪怕操作对象是char类型，整个过程也会被拆分为多条CPU指令，执行中途完全可能被其他线程打断，进而触发竞态条件。

额外提示 #

你给出的代码存在类型不匹配问题：你定义的key是存储6个volatile unsigned char*指针的数组，但初始化列表给的是整数字面量，相当于直接把常量值作为内存地址赋值给指针。如果你实际想要定义的是存储6个unsigned char值的数组，正确写法应为volatile unsigned char key[6] = { 0xD4 ,0x32 ,0xF8 ,0x0A ,0x10 ,0xE5 };，无论哪种定义，前述的结论都成立。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者eztam