线程安全性三大特性

这篇文章之前发过，因为忘了标记原创，所以再发一次，想加入并发群的加我微信：guofu-angela，备注并发。

大家好，这是并发编程的第六集，前五集如下：

完整大纲如下：

面试官：你好，你先自我介绍一下吧。

安琪拉：面试官你好，我是草丛三婊，最强中单，火球拥有者、不焚者，安琪拉，这是我的简历，请过目。

面试官：听上一个面试官说你Java并发这块掌握的不错，我们深入的交流一下；

安琪拉：好好好，可以交流深入

面试官：并发编程三大问题的是哪三个？

安琪拉：【这题上次不是问了嘛】原子性、可见性、有序性

面试官：解释一下引发这三个问题的原因？

安琪拉：那我讲下这三个问题引发的原因，实际上并发控制都是围绕解决这三个问题展开的。

在《并发与高并发系列第三集-Java内存模型》里面讲过缓存的应用，因为缓存（CPU缓存行、寄存器）的更新不是及时的（出于性能方面的设计），在多线程环境里面，如下图，一个线程（A线程）对主内存的修改不能及时地被其他线程看到，引发了可见性问题。
多线程处理会有线程切换，一个线程一组指令执行过程中发生线程切换，数据还不是预期的终态，只是中间态，这时另一个线程执行，由于一组指令的非原子性执行导致的真实执行结果和预期不符，原子讲的就是执行不可中断，要么一组操作都成功执行完成，要么都不执行。
编译器为了优化会对执行指令做重排序，重排序有原则，那就是as-if-serial, as-if 英文翻译过来就是“就如同”，as-if-serial 指的是就如同单线程一样，也就是重排序执行的结果和单线程执行结果一样。但是在多线程环境，指令重排也会引发线程不安全的问题，例子我就不举了，网上一大堆。

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下图是各种CPU 架构允许的指令重排序的情况。

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关于store和load，不清楚的看并发系列历史文章，也许是东半球最叼的Java内存模型章节。

面试官：上次原子性已经说完了，这次说说可见性问题的现象吧，

安琪拉：可见性问题描述：多线程环境下，一个线程对某个共享变量进行更新之后，后续访问该变量的线程可能无法立刻读取到这个更新的结果，这就是线程安全问题的另外一个表现形式：可见性

面试官：那你说说synchronized、volatile等关键字怎么解决可见性问题的呢？

安琪拉：

synchronized：

关于工作内存，可以参考之前Java内存模型的文章，每个线程有自己私有的工作内存空间。

volatile：

二方面，内存屏障指令会禁止指令重排序，并且让缓存数据及时更新到共享主存，获取数据直接从共享主存而不是缓存获取。

实现方式：

对volatile变量进行写操作时，会在写操作后加入一条store屏障指令（store屏障指令不是store指令），将本地内存中的共享变量值刷新到主存中。
对volatile变量进行读操作时，会在读操作前加入一条load屏障指令（load屏障指令不是load指令），从主存中读取共享变量。

内存屏障指令不复杂，看下面的指令表，就是load和store的组合而成，用于让指令不要重排，并且前面的指令执行到位，再执行后面的指令。

JVM中提供了四类内存屏障指令：