可见性、原子性和有序性讲解

前传

咱们的CPU、内存、I/O设备都在不断迭代，不断朝着更快的方向的努力。可是有一个核心矛盾一直存在，就是三者速度的差别。CPU和内存的速度差别能够形容为：CPU是天上一天，内存是地上一年；内存和I/0设备的速度差别就更大了，内存是天上一天，I/O设备是地上十年。

可见性

缓存致使的可见性问题

在单核时代，全部线程都是在同一CPU上执行的，全部线程都是操做同一个CPU的缓存，一个线程对缓存的写，对另外一个线程来讲必定是可见的。例以下图中，线程A和线程B都是操做同一个CPU里面的缓存，因此线程A更新了变量V的值，那么线程B以后再访问变量V，获得的必定是V的最新值。

一个线程对共享变量的修改，另一个线程可以马上看到，称为可见性。

多核时代，每颗CPU都有本身的缓存，这时CPU缓存与内存的数据一致性就没那么容易解决了，当多个线程在不一样的CPU上执行时，这些线程操做的是不一样的CPU缓存。 下图中，线程A操做的是CPU-1上的缓存，而线程B操做的是CPU-2上的缓存，很明显，这个时候线程A对变量V的操做对应线程B而言就不具备可见性了。

直觉告诉咱们应该是2000000，但实际状况多是1000000到2000000之间的任意一个值。

假设线程A和线程B同时执行，那么第一次都会讲count=0读到各自的CPU缓存里，执行完count+=1以后，各自CPU缓存里的值都是1，同时写入内存后，咱们会发现内存中是1，而不是咱们期待的2。以后因为各自的CPU缓存里都有count的值（1），两个线程都是基于CPU缓存里的count值来计算的，因此致使最终中count的值要小于2000000,。这就是缓存可见性的问题。

若是循环的次数更大，咱们会发现效果更明显，最终的count值差值越大，缘由是两个线程不时同时启动的，有一个时差。

原子性

count+=1，至少须要三条CPU指令。

指令1：首先，须要把count变量从内存加载到CPU寄存器。 指令2：以后，在寄存器中执行+1操做。 指令3：最后，将结果写入内存（缓存机制致使的多是写入CPU缓存而不是内存） 若是线程A在指令1执行以后作线程切换，线程A和线程B按照下图的序列执行，那么咱们发现两个线程都执行了count+=1操做，获得的结果不是咱们指望的2，而是1.

咱们潜意识里面以为 count+=1 这个操做是一个不可分割,就像原子同样，线程的切换能够发生在count+=1以前，也能够发生在count+=1以后，可是不会发生在中间。

咱们把一个或者多个操做在CPU执行的过程当中不被中断的特性称为原子性。

有序性

有序性实例