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
比如存取款操作,存款和取款操作必须全部完成,或者全部不完成。
可见性:指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。
eg:
//Thread 1 int i = 0; i = 10; //Thread 2 j = i;
假若执行Thread1的是CPU0,执行Thread2的是CPU1。由上面的分析可知,当Thread1执行 i =10这句时,会先把i的初始值加载到CPU0的Cache中,然后赋值为10,那么在CPU1的Cache当中i的值变为10了,却没有立即写入到RAM当中。此时Thread2执行 j = i,它会先去RAM读取i的值并加载到CPU1的Cache当中,注意此时内存当中i的值还是0,那么就会使得j的值为0,而不是10.
这个就是著名的可见性问题。
有序性:即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
int i = 0; boolean flag = false; i = 1; //语句1 flag = true; //语句2
从代码顺序上看,语句1是在语句2前面的, 但是JVM在真正执行这段代码的时候可能会发生指令重排序(Instruction Reorder),语句1不一定在语句2前执行。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,但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的,这就是指令重排序。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 r = 2; //语句2 a = a + 3; //语句3 r = a*a; //语句4
那么可不可能是这个执行顺序呢: 语句2 语句1 语句4 语句3
不可能,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,但是多线程呢?下面看一个例子:
//线程1: context = loadContext(); //语句1 inited = true; //语句2 //线程2: while(!inited ){ sleep() } doSomethingwithconfig(context);
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doSomethingwithconfig(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,指令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。
也就是说,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。