Java并發之原子性、有序性、可見性

原子性

原子性指的是一個或者多個操作在 CPU 執行的過程中不被中斷的特性

線程切換帶來的原子性問題

Java 并發程式都是基于多線程的，作業系統為了充分利用CPU的資源，将CPU分成若幹個時間片，在多線程環境下，線程會被作業系統排程進行任務切換。

為了直覺的了解什麼是原子性，我們看下下面哪些操作是原子性操作

int count = ; //1
count++;       //2
int a = count; //3
複制代碼

上面展示語句中，除了語句1是原子操作，其它兩個語句都不是原子性操作，下面我們來分析一下語句2

其實語句2在執行的時候，包含三個指令操作

指令 1：首先，需要把變量 count 從記憶體加載到 CPU的寄存器
指令 2：之後，在寄存器中執行 +1 操作；
指令 3：最後，将結果寫入記憶體

對于上面的三條指令來說，如果線程 A 在指令 1 執行完後做線程切換，線程 A 和線程 B 按照下圖的序列執行，那麼我們會發現兩個線程都執行了 count+=1 的操作，但是得到的結果不是我們期望的 2，而是 1。

作業系統做任務切換，可以發生在任何一條CPU 指令執行完

有序性

有序性指的是程式按照代碼的先後順序執行

**編譯優化 **帶來的有序性問題

為了性能優化，編譯器和處理器會進行指令重排序，有時候會改變程式中語句的先後順序，比如程式：

a = ;     //1
b = ;    //2
c = a + b; //3
複制代碼

編譯器優化後可能變成

b = ;    //1
a = ;     //2
c = a + b; //3
複制代碼

在這個例子中，編譯器調整了語句的順序，但是不影響程式的最終結果

synchronized（具有有序性、原子性、可見性）表示鎖在同一時刻隻能由一個線程進行擷取，當鎖被占用後，其他線程隻能等待。

在單例模式的實作上有一種雙重檢驗鎖定的方式（Double-checked Locking）

public class Singleton {
  static Singleton instance;
  static Singleton getInstance(){
    if (instance == null) {
      synchronized(Singleton.class) {
        if (instance == null)
          instance = new Singleton();
        }
    }
    return instance;
  }
}
複制代碼

我們先看

instance = new Singleton()

的未被編譯器優化的操作

指令 1：配置設定一塊記憶體 M；
指令 2：在記憶體 M 上初始化 Singleton 對象；
指令 3：然後 M 的位址指派給 instance 變量。

編譯器優化後的操作指令

指令 1：配置設定一塊記憶體 M；
指令 2：将 M 的位址指派給 instance 變量；
指令 3：然後在記憶體 M 上初始化 Singleton 對象。

現在有A，B兩個線程，我們假設線程A先執行

getInstance()

方法，當執行編譯器優化後的操作指令

時（此時候未完成對象的初始化），這時候發生了線程切換，那麼線程B進入，剛好執行到第一次判斷

instance==null

會發現

instance

不等于

null

了，是以直接傳回

instance

，而此時的 instance 是沒有初始化過的。

現行的比較通用的做法就是采用靜态内部類的方式來實作

public class SingletonDemo {
    private SingletonDemo() {
    }
    private static class SingletonDemoHandler{
        private static SingletonDemo instance = new SingletonDemo();
    }
    public static SingletonDemo getInstance() {
        return SingletonDemoHandler.instance;
    }
}
複制代碼

可見性

可見性指的是當一個線程修改了共享變量後，其他線程能夠立即得知這個修改

緩存導緻的可見性問題

首先我們來看一下Java記憶體模型（JMM）

我們定義的所有變量都儲存在 主記憶體 中
每個線程都有自己 獨立的工作記憶體 ，裡面儲存該線程使用到的變量的副本（主記憶體中該變量的一份拷貝）
線程對共享變量所有的操作都必須在自己的工作記憶體中進行，不能直接從主記憶體中讀寫（不能越級）
不同線程之間也無法直接通路其他線程的工作記憶體中的變量，線程間變量值的傳遞需要通過主記憶體來進行。（同級不能互相通路）

共享變量可見性的實作原理：

線程1對共享變量的修改要被線程2及時看到的話，要經過如下步驟：

把工作記憶體1中更新的變量值重新整理到主記憶體
把主記憶體中的變量的值更新到工作記憶體2中

可以使用 synchronized 、volatile 、final 來保證可見性

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轉載于:https://juejin.im/post/5c7dfc925188251b8c769f69