可见性原子性和有序性

Posted 2020-11-30 tianzg

1  缓存导致的可见性问题

　　一个线程对共享变量的修改，另一个线程可以立即看到，这称之为可见性。

　　Java内存模型规定所有的变量存储在主内存中。每个线程都有自己的工作内存，线程在工作内存中保存了使用到的主内存中变量的副本拷贝，线程对变量的操作必须在工作内存中进行，不能直接读写主内存中的变量。不同线程之间无法访问对方工作内存的变量。线程之间共享变量值的传递均需要通过主内存来完成。

　　当线程1对共享变量A进行修改之后，线程2的工作内存中A可能还不是最新的值。这时候线程1的操作对线程2就不具有可见性。

 

2  线程切换带来的原子性问题

　　我们把一个或者多个操作在CPU执行期间不被打断的特性成为原子性。

　　Java中的一条语句，在翻译为机器码之后，可能对应的是多个指令。

　　比如：i++这个操作至少需要3条指令；

1. 把 i 的值从内存=加载到寄存器；
2. 执行+1操作；
3. 把值写入内存；

　　假如 i=0，两个线程同时执行该操作，可能线程1执行完第一步，就切换到线程2执行，本来两个线程各执行一次后 i 的值应该为 2 ，此时就出现 两次递增操作后值为 1 的现象；

 

3  编译优化带来的有序性问题

　　Java程序中，如果在本线程中观察，所有的操作都是有序的；如果在另一个线程观察，所有的操作都是无序的。前半句指的是线程内表现为串行的语义，后半句指的是指令重排序和主内存和工作内存同步延迟的问题。

　　为了充分利用处理器的性能，处理器会对输入的代码进行乱序执行。在计算之后将乱序执行的结果重组，并保证该结果和顺序执行的结果一致，但是并不保证程序中各个语句的计算顺序和输入代码的顺序一致。Java虚拟机也有类似的指令重排序优化。

　　比如：Object  obj = new Object()，

　　这条语句对应的指令为：

1. 分配一块内存M；
2. 在M上初始化 Object 对象；
3. 将M的地址赋值给 obj；

　　计算机经过优化后可能先执行第三步，再第二步，如果执行完第三步后切换到别的线程，若此时访问该变量则会发生空指针异常；