JUC学习笔记 -- (2)并发编程的3个概念，原子性，可见性，有序性！

野性酷女 2022-05-11 14:10 147阅读 0赞

并发编程中的三条性质：原子性，可见性，有序性

## 1.原子性 ##

原子性：即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。即整体不可分割。

在[Java][]中，对**基本数据类型（**例外就是long和double的非原子协定**）的变量的读取和赋值操作是原子性操作**。

X=10;  //原子性（简单的读取、将数字赋值给变量）

Y = x;  //变量之间的相互赋值，不是原子操作

X++;  //对变量进行计算操作

X = x+1;

语句2实际包括两个操作，它先要去读取x的值，再将y值写入，两个操作分开是原子性的。合在一起就不是原子性的。

语句3、4:x++  x=x+1包括3个操作：读取x的值，x+1，将x写入

注：可以通过 synchronized和Lock实现原子性。因为synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程访问该代码块。

Java的concurrent包下提供了一些原子类，我们可以通过阅读API来了解这些原子类的用法。比如：AtomicInteger、AtomicLong、AtomicReference等。

## 2.可见性 ##

可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

举个简单的例子，看下面这段代码：

//线程1执行的代码
    int i = 0;
    i = 10;
     
    //线程2执行的代码
    j = i;

假若执行线程1的是CPU1，执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知，当线程1执行 i =10这句时，会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中，然后赋值为10，那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了，却没有立即写入到主存当中。

此时线程2执行 j = i，它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中，注意此时内存当中i的值还是0，那么就会使得j的值为0，而不是10.

这就是可见性问题，线程1对变量i修改了之后，线程2没有立即看到线程1修改的值。

## 3.有序性 ##

有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子，看下面这段代码：

int i = 0;             
    boolean flag = false;
    i = 1;                //语句1 
    flag = true;          //语句2

上面代码定义了一个int型变量，定义了一个boolean类型变量，然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看，语句1是在语句2前面的，那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗？不一定，为什么呢？这里可能会发生指令重排序（Instruction Reorder）。

下面解释一下什么是指令重排序，一般来说，处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

比如上面的代码中，语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响，那么就有可能在执行过程中，语句2先执行而语句1后执行。

但是要注意，虽然处理器会对指令进行重排序，但是它会保证程序最终结果会和代码顺序执行结果相同，那么它靠什么保证的呢？再看下面一个例子：

int a = 10;    //语句1
    int r = 2;    //语句2
    a = a + 3;    //语句3
    r = a*a;     //语句4

这段代码有4个语句，那么可能的一个执行顺序是：

那么可不可能是这个执行顺序呢： 语句2 ->  语句1 ->  语句4 -> 语句3

不可能，因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性，如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果，那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。

虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果，但是多线程呢？下面看一个例子：

//线程1:
    context = loadContext();   //语句1
    inited = true;             //语句2
     
    //线程2:
    while(!inited ){
      sleep()
    }
    doSomethingwithconfig(context);

上面代码中，由于语句1和语句2没有数据依赖性，因此可能会被重排序。假如发生了重排序，在线程1执行过程中先执行语句2，而此是线程2会以为初始化工作已经完成，那么就会跳出while循环，去执行doSomethingwithconfig(context)方法，而此时context并没有被初始化，就会导致程序出错。

从上面可以看出，指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。

也就是说，要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确。

## 4.总结 ##

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:223px;">特性</td> 
   <td style="width:587px;">操作</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:223px;">可见性</td> 
   <td style="width:587px;">可以由final(不会修改)、volatile（强制更新+读取主内存）以及synchronized(在unlock时会刷新所有已修改数据到主内存，lock时会从主内存重新加载数据)实现</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:223px;">有序性</td> 
   <td style="width:587px;">可以由volatile（禁止指令重排序）/synchronized（一个变量最多只能有一个线程对其lock）实现</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:223px;">原子性</td> 
   <td style="width:587px;">只有synchronized可以实现原子性，保证synchronized的代码块串行执行</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

[Java]: http://lib.csdn.net/base/java