java併發程式設計中的三個概念

在併發程式設計中，我們通常會遇到以下三個問題：原子性問題，可見性問題，有序性問題。我們先看具體看一下這三個概念：

原子性

原子性：即乙個操作或者多個操作要麼全部執行並且執行的過程不會被任何因素打斷，要麼就都不執行。

乙個很經典的例子就是銀行賬戶轉賬問題：

比如從賬戶a向賬戶b轉2000元，那麼必然包括2個操作：從賬戶a減去2000元，往賬戶b加上2000元。

試想一下，如果這2個操作不具備原子性，會造成什麼樣的後果。假如從賬戶a減去2000元之後，操作突然中止。然後又從b取出了500元，取出500元之後，再執行往賬戶b加上2000元的操作。這樣就會導致賬戶a雖然減去了2000元，但是賬戶b沒有收到這個轉過來的2000元。

所以這2個操作必須要具備原子性才能保證不出現一些意外的問題。

可見性

可見性是指當多個執行緒訪問同乙個變數時，乙個執行緒修改了這個變數的值，其他執行緒能夠立即看得到修改的值。

舉個簡單的例子，看下面這段**：

//執行緒1執行的**
int i = 0;
i = 10;
//執行緒2執行的**
j = i;

假若執行執行緒1的是cpu1，執行執行緒2的是cpu2。由上面的分析可知，當執行緒1執行 i =10這句時，會先把i的初始值載入到cpu1的快取記憶體中，然後賦值為10，那麼在cpu1的快取記憶體當中i的值變為10了，卻沒有立即寫入到主存當中。

此時執行緒2執行 j = i，它會先去主存讀取i的值並載入到cpu2的快取當中，注意此時記憶體當中i的值還是0，那麼就會使得j的值為0，而不是10.

這就是可見性問題，執行緒1對變數i修改了之後，執行緒2沒有立即看到執行緒1修改的值。

有序性

有序性：即程式執行的順序按照**的先後順序執行。舉個簡單的例子，看下面這段**：

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

上面**定義了乙個int型變數，定義了乙個boolean型別變數，然後分別對兩個變數進行賦值操作。從**順序上看，語句1是在語句2前面的，那麼jvm在真正執行這段**的時候會保證語句1一定會在語句2前面執行嗎？不一定，為什麼呢？這裡可能會發生指令重排序（instruction reorder）。

下面解釋一下什麼是指令重排序，一般來說，處理器為了提高程式執行效率，可能會對輸入**進行優化，它不保證程式中各個語句的執行先後順序同**中的順序一致，但是它會保證程式最終執行結果和**順序執行的結果是一致的。

比如上面的**中，語句1和語句2誰先執行對最終的程式結果並沒有影響，那麼就有可能在執行過程中，語句2先執行而語句1後執行。

但是要注意，雖然處理器會對指令進行重排序，但是它會保證程式最終結果會和**順序執行結果相同，那麼它靠什麼保證的呢？再看下面乙個例子：

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

這段**有4個語句，那麼可能的乙個執行順序是：語句2 語句1 語句4 語句3

那麼可不可能是這個執行順序呢：語句2 語句1 語句4 語句3

不可能，因為處理器在進行重排序時是會考慮指令之間的資料依賴性，如果乙個指令instruction 2必須用到instruction 1的結果，那麼處理器會保證instruction 1會在instruction 2之前執行。

雖然重排序不會影響單個執行緒內程式執行的結果，但是多執行緒呢？下面看乙個例子：

//執行緒1:
context = loadcontext();   //語句1
inited = true;             //語句2
//執行緒2:
while(!inited )
dosomethingwithconfig(context);

從上面可以看出，指令重排序不會影響單個執行緒的執行，但是會影響到執行緒併發執行的正確性。

也就是說，要想併發程式正確地執行，必須要保證原子性、可見性以及有序性。只要有乙個沒有被保證，就有可能會導致程式執行不正確。

參考文章：