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多线程编程要确保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,缺一不可,不然就可能导致结果执行不正确。
1. 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。
一个很经典的例子就是银行账户转账问题:比如从账户 A 向账户 B 转 1000 元,那么必然包括 2 个操作:从账户 A 减去 1000 元,往账户 B 加上 1000 元。这 2 个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。
我们操作数据也是如此,比如 i = i+1;其中就包括,读取 i 的值,计算 i,写入 i。这行代码在Java中是不具备原子性的,则多线程运行肯定会出问题,所以也需要我们使用同步和 lock 这些东西来确保这个特性了。
2. 可见性
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。
若两个线程在不同的 cpu,那么线程 1 改变了 i 的值还没刷新到主存,线程 2 又使用了 i,那么这个 i 值肯定还是之前的,线程 1 对变量的修改线程 2 没看到这就是可见性问题。
3. 有序性
程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。
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。如下:
int a = 10; //语句1
int r = 2; //语句2
a = a + 3; //语句3
r = a*a; //语句4
则因为重排序,他还可能执行顺序为 2-1-3-4,1-3-2-4
但绝不可能 2-1-4-3,因为这打破了依赖关系。
显然重排序对单线程运行是不会有任何问题,而多线程就不一定了,所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。