并发编程安全有关的三大特性

 

　 CPU增加高速缓存，线程切换分时复用CPU，编译程序优化指令次序。这三个操作提升了性能，但也带来了三个导致并发安全性的特性，即 可见性，原子性，有序性。

　 下面深入介绍一下三个特性出现的原因：

一.可见性: （多核CPU缓存导致）

　　单核CPU的线程操作同一个CPU缓存，具有线程间的可见性。而多核CPU的缓存，多个线程操作会操作不同CPU的缓存，造成不可见性。

例如：A线程，B线程 同时对变量C进行循环1万次自增操作 。假如某时A线程将变量C加1，写入自己的CPU缓存，但还未写入内存，这将导致B线程操作C变量的时候，读的还是内存中旧值。导致最终变量C的结果不是20000，而是 10000到20000的随机数。

如以下代码：

 执行了方法后的结果：

 

总结：A线程计算的变量放在自己的CPU缓存中，还未读入内存。导致B不可见，从内存读的还是旧的数据，导致数据计算错误。

 

二.原子性: （非原子操作和线程切换带来）
       一条高级语言指令通常需要多条CPU指令完成。CPU指令是原子操作。

如 count +=1 语句需要三条CPU指令
1.将count变量从内存写入CPU的寄存器。
2.在CPU中进行 +1 操作。
3.结果写入内存(或写入CPU缓存)。

操作系统根据线程分时切换来调度任务。线程切换时，可能发生在任何一条CPU指令执行完
假如线程A，线程B都对count做自增操作，当线程A执行到指令1后，切换到了线程B执行指令1，2，3。这时内存中count值写入为1。
再切换到线程A，此时直接执行2，3。此时写入内存的仍然是count=1。而不是原子操作自增的2。

总结就是：非原子性操作时，线程A操作变量操作还未写入内存中，线程B已经对此变量进行读操作。导致数据不正确。

 

三.有序性:（编译优化）
　　编译器为了优化性能，会改变程序执行的先后顺序

例子：双重检查创建单例对象

如以下代码:

 

　　若有两个线程来获取实例，比如此时线程A获取锁，进入 instance = new LazySingletonSync2() 时。线程B开始调用getInstance方法，进行 if(instance == null) 的判断，

此时关键出现在 instance = new LazySingletonSync2() 语句的指令执行顺序上：

 new对象时，我们认为的操作是:
1.分配一块内存M
2.在内存M上初始化对象 instance
3.将内存M的地址赋值给变量

实际编译器优化后是
1.分配一块内存M
2.将内存M的地址赋值给变量 
3.在内存M上初始化对象 instance

    若线程A这时只执行到第2步指令，导致 线程B 判断 instance == null 为否，直接返回了instance。但其实此时对象还没初始化。这就导致了线程B返回的对象是有问题的，直接调用会造成空指针引用的异常。