多线程并发的3个特性

多线程并发开发中，要知道什么是多线程的原子性，可见性和有序性，以避免相关的问题产生。

2.1 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

一个很经典的例子就是银行账户转账问题：

比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。

试想一下，如果这2个操作不具备原子性，会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后，操作突然中止。这样就会导致账户A虽然减去了1000元，但是账户B没有收到这个转过来的1000元。

所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。

2.2 可见性
可见性：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;
当线程1执行int i = 0这句时，i的初始值0加载到内存中，然后再执行i = 10，那么在内存中i的值变为10了。

如果当线程1执行到int i = 0这句时，此时线程2执行 j = i，它读取i的值并加载到内存中，注意此时内存当中i的值是0，那么就会使得j的值也为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。

2.3 有序性
有序性：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行

int count = 0;
boolean flag = false;
count = 1; //语句1
flag = true; //语句2
以上代码定义了一个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）。

什么是重排序？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。

as-if-serial:无论如何重排序，程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。Java编译器、运行时和处理器都会保证Java在单线程下遵循as-if-serial语意）

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 b = 2; //语句2
a = a + 3; //语句3
b = 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： 语句2 语句1 语句3 语句4

不可能是这个执行顺序： 语句2 语句1 语句4 语句3

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，但是多线程会有影响

下面看一个例子：

//线程1:
init = false
context = loadContext(); //语句1
init = true; //语句2
​
//线程2:
while(!init){//如果初始化未完成，等待
sleep();
}
execute(context);//初始化完成，执行逻辑
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execute(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，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。

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。