并发编程-可见性、顺序性、原子性

一直以来，因为cpu、内存、I/O存在着巨大的速度差别，cpu>内存>I/O。为了平衡这三者的差别，计算机结构、操做系统、编译器都作出了巨大的贡献，主要体现为：

1. 增长cpu缓存，以均衡与内存的速度差别

2. 编译器优化指令执行次序，使得缓存可以更加合理利用

3. 操做系统增长进程、线程，以分时复用cpu，进而均衡cpu与I/O的速度差别

以上的优化确实提升了cpu的使用率，提高了总体程序的性能，可是也给咱们的并发程序带来了一些问题

1. cpu缓存致使的可见性问题

在单核时候，只有一个cpu以及一个cpu缓存，不一样的线程对应的是同一个缓存，则不存在可见性问题。在多核时代，每颗cpu都有本身的缓存，不一样的线程可能操做的是不一样的缓存。例如线程 A操做的是cpu1的缓存，而线程B则操做的是cpu2的缓存，很明显这个时候线程A对变量v的操做，对于线程B而言则是不可见的

2.  编译优化带来的有序性问题

编译器为了优化性能，有时候会改变语句的前后顺序，这样不但能够更加合理的利用cpu缓存，同时能够减小cpu没必要要的停顿。而后编译器的优化只能保证串行语义的一致，没法保证多线程的语义也一致。在java中一个经典案例就是利用双锁检查建立单例对象。

public class Singleton { static Singleton instance; static Singleton getInstance(){ if (instance == null) { synchronized(Singleton.class) { if (instance == null) instance = new Singleton(); } } return instance; } }

问题出在new操做上，new操做通过优化后，执行指令的顺序为：

1. 分配一块内存M

2. 将M的地址赋值给instance变量

3. 在内存M上初始化instance变量

我么假设A线程执行getInstance方法，执行完指令2后，B线程开始执行，这时B发现第一个instance==null 为false，直接返回了instance实例，然而此时instance实例尚未初始化完成，这个时候B线程访问instance的成员变量就可能触发空指针异常

3. 线程切换带来的原子性问题

线程的切换是由操做系统来处理的，而操做系统走切换是可以发生在任何一条cpu执行完成的。而不少高级语言的一条语句对应cpu指令，count++这个操做则须要三条指令

• 指令1：将count从内存load到cpu寄存器中
• 指令2：将寄存器中的count进行+1
• 指令3：将count写入内存

当线程A执行完指令1后，切换到线程B则发生原子性问题