并發重要概念

在并發程式設計中，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：

1.原子性

　　原子性：即一個操作或者多個操作 要麼全部執行并且執行的過程不會被任何因素打斷，要麼就都不執行。

　　反映到并發程式設計中會出現什麼結果呢？

　　舉個最簡單的例子，大家想一下假如為一個32位的變量指派過程不具備原子性的話，會發生什麼後果？

<code>　　i = </code><code>9</code><code>;</code> 

　　假若一個線程執行到這個語句時，我暫且假設為一個32位的變量指派包括兩個過程：為低16位指派，為高16位指派。

　　那麼就可能發生一種情況：當将低16位數值寫入之後，突然被中斷，而此時又有一個線程去讀取i的值，那麼讀取到的就是錯誤的資料。

　　Java記憶體模型隻保證了基本讀取和指派是原子性操作。即i=10指派;i讀取

2.可見性

　　可見性是指當多個線程通路同一個變量時，一個線程修改了這個變量的值，其他線程能夠立即看得到修改的值。

　　舉個簡單的例子，看下面這段代碼：

<code>　　//線程1執行的代碼</code>

<code>　　int</code>  <code>i = </code> <code>0</code> <code>;</code>

<code>　　i = </code> <code>10</code> <code>;</code>

　　 

<code>　　//線程2執行的代碼</code>

<code>　　j = i;</code>

假若執行線程1的是CPU1，執行線程2的是CPU2。由上面的分析可知，當線程1執行 i =10這句時，會先把i的初始值加載到CPU1的高速緩存中，然後指派為10，那麼在CPU1的高速緩存當中i的值變為10了，卻沒有立即寫入到主存當中。

　　此時線程2執行 j = i，它會先去主存讀取i的值并加載到CPU2的緩存當中，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，線程1對變量i修改了之後，線程2沒有立即看到線程1修改的值。

3.有序性

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

<code>　　int</code>  <code>i = </code> <code>0</code> <code>;              </code>

<code>　　boolean</code>  <code>flag = </code> <code>false</code> <code>;</code>

<code>　　i = </code> <code>1</code> <code>;                </code> <code>//語句1  </code>

<code>　　flag = </code> <code>true</code> <code>;          </code> <code>//語句2</code>

　　上面代碼定義了一個int型變量，定義了一個boolean類型變量，然後分别對兩個變量進行指派操作。從代碼順序上看，語句1是在語句2前面的，那麼JVM在真正執行這段代碼的時候會保證語句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運作效率，可能會對輸入代碼進行優化，它不保證程式中各個語句的執行先後順序同代碼中的順序一緻，但是它會保證程式最終執行結果和代碼順序執行的結果是一緻的。

　　比如上面的代碼中，語句1和語句2誰先執行對最終的程式結果并沒有影響，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代碼順序執行結果相同，那麼它靠什麼保證的呢？再看下面一個例子：

<code>　　int</code>  <code>a = </code> <code>10</code> <code>;    </code> <code>//語句1</code>

<code>　　int</code>  <code>r = </code> <code>2</code> <code>;    </code> <code>//語句2</code>

<code>　　a = a + </code> <code>3</code> <code>;    </code> <code>//語句3</code>

<code>　　r = a*a;     </code> <code>//語句4</code>

這段代碼有4個語句，那麼可能的一個執行順序是：

　　

　　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，如果一個指令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線程内程式執行的結果，但是多線程呢？下面看一個例子：

<code>　　//線程1:</code>

<code>　　context = loadContext();   </code> <code>//語句1</code>

<code>　　inited = </code> <code>true</code> <code>;             </code> <code>//語句2</code>

<code>　　//線程2:</code>

<code>　　while</code> <code>(!inited ){</code>

<code>  </code> 　　<code>sleep()</code>

<code>　　}</code>

<code>　　doSomethingwithconfig(context);</code>

　　上面代碼中，由于語句1和語句2沒有資料依賴性，是以可能會被重排序。假如發生了重排序，線上程1執行過程中先執行語句2，而此是線程2會以為初始化工作已經完成，那麼就會跳出while循環，去執行doSomethingwithconfig(context)方法，而此時context并沒有被初始化，就會導緻程式出錯。

 　　從上面可以看出，指令重排序不會影響單個線程的執行，但是會影響到線程并發執行的正确性。

　　也就是說，要想并發程式正确地執行，必須要保證原子性、可見性以及有序性。隻要有一個沒有被保證，就有可能會導緻程式運作不正确。

 　　譬如<code>inited = </code> <code>true</code> <code>;加volatile，使之一定程度上有序，并且這是個指派操作，是原則操作，那就沒問題了。</code>