详解线程的三大特性：原子性、可见性和有序性
1. 原子性 (Atomicity)
定义 原子性指的是操作不可被中断，要么全部执行完成，要么完全不执行。
特性
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原子性操作在执行时不会被其他线程干扰。
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如果多个线程同时访问共享资源，原子性可以防止数据的不一致。
Java 中的原子性
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原子性操作示例：
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读取和写入基本数据类型（如
int、float）是原子性的。 -
对
volatile变量的读取/写入是原子性的（不适用于复合操作）。
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非原子性操作：
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复合操作（如
counter++或counter = counter + 1）是非原子性的。这些操作实际上包括三步：读取变量值、修改值、写回变量。
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解决方案
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使用 同步机制（如
synchronized块或方法）：synchronized (lock) { counter++; } -
使用 原子类（如
AtomicInteger）：AtomicInteger counter = new AtomicInteger(); counter.incrementAndGet();
2. 可见性 (Visibility)
定义 可见性指的是一个线程对共享变量的修改对其他线程是可见的。
特性
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在多线程环境中，如果没有同步机制，一个线程对变量的修改可能不会立刻被其他线程看到（由于 CPU 缓存或编译优化）。
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线程可能会一直使用自己 CPU 缓存中的值，而看不到其他线程更新后的值。
Java 中的可见性
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存在可见性问题的场景：
private static boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread(() -> { while (!flag) { // do something } System.out.println("Thread ended."); }).start(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = true; // 主线程修改了 flag，但子线程可能看不到 } -
解决方案：
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使用 volatile 关键字：
private static volatile boolean flag = false;
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volatile确保变量的修改对所有线程立即可见。
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使用 同步机制（如
synchronized或显式锁Lock），因为同步也能保证可见性。
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3. 有序性 (Ordering)
定义 有序性指的是程序代码的执行顺序，通常来说，程序会按照代码编写的顺序执行，但编译器和处理器会为了优化性能进行 指令重排。
特性
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在单线程环境中，指令重排不会影响程序的正确性。
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在多线程环境中，指令重排可能导致意想不到的结果，因为线程之间的执行顺序无法预测。
指令重排的例子
int a = 1; // (1) int b = 2; // (2) int c = a + b; // (3)
在单线程中，执行顺序是 (1) -> (2) -> (3)，但由于重排优化，CPU 可能将 (2) 和 (1) 的顺序交换。尽管结果在单线程环境中是正确的，但多线程中可能导致数据问题。
Java 中的有序性
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可能出现问题的场景：
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使用
volatile可以禁止指令重排：package com.example.demopool; import org.springframework.stereotype.Component; /** * @Author: cv master * @Date: 2024/11/15 09:17 */ @Component public class B { private boolean flag = false; private int a = 0; public void writer() { a = 1; // 写变量 flag = true; // 通知其他线程 } public void reader() { if (flag) { // 读标志 System.out.println(a); // 此时 a 的值一定是 1 } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { B b = new B(); Thread thread1 = new Thread(b::writer); Thread thread2 = new Thread(b::reader); thread1.start(); thread2.start(); thread1.join(); thread2.join(); } } -
在上述代码中，
volatile保证了写操作的顺序，使得a = 1一定发生在flag = true之前。
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解决方案
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使用 volatile：确保关键变量的修改不会被指令重排。
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使用 synchronized 或 显式锁：同步代码块可以强制线程按照指定顺序执行。
三者关系与 happens-before 原则
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原子性 和 可见性 是独立的，但有时需要结合使用才能实现正确的多线程行为。
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有序性 通常需要通过
volatile或同步机制来确保。 -
happens-before是 Java 内存模型中定义的一种原则，用于规定线程间的操作顺序：-
一个线程对变量的写操作对另一个线程的读操作可见，必须满足
happens-before原则。 -
如：
synchronized、volatile、线程启动/终止等操作会建立happens-before关系。
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总结
| 特性 | 描述 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 原子性 | 操作不可中断，要么全部执行成功，要么完全不执行。 | 使用 synchronized 或原子类如 AtomicInteger。 |
| 可见性 | 一个线程的修改对其他线程立刻可见。 | 使用 volatile 或同步机制如 synchronized。 |
| 有序性 | 程序执行顺序符合预期，避免指令重排导致问题。 | 使用 volatile、同步机制（synchronized 或锁）。 |
