可見性、原子性和有序性講解

前傳

咱們的CPU、內存、I/O設備都在不斷迭代，不斷朝着更快的方向的努力。可是有一個核心矛盾一直存在，就是三者速度的差別。CPU和內存的速度差別能夠形容爲：CPU是天上一天，內存是地上一年；內存和I/0設備的速度差別就更大了，內存是天上一天，I/O設備是地上十年。

可見性

緩存致使的可見性問題

在單核時代，全部線程都是在同一CPU上執行的，全部線程都是操做同一個CPU的緩存，一個線程對緩存的寫，對另外一個線程來講必定是可見的。例以下圖中，線程A和線程B都是操做同一個CPU裏面的緩存，因此線程A更新了變量V的值，那麼線程B以後再訪問變量V，獲得的必定是V的最新值。

一個線程對共享變量的修改，另一個線程可以馬上看到，稱爲可見性。

多核時代，每顆CPU都有本身的緩存，這時CPU緩存與內存的數據一致性就沒那麼容易解決了，當多個線程在不一樣的CPU上執行時，這些線程操做的是不一樣的CPU緩存。 下圖中，線程A操做的是CPU-1上的緩存，而線程B操做的是CPU-2上的緩存，很明顯，這個時候線程A對變量V的操做對應線程B而言就不具備可見性了。

直覺告訴咱們應該是2000000，但實際狀況多是1000000到2000000之間的任意一個值。

假設線程A和線程B同時執行，那麼第一次都會講count=0讀到各自的CPU緩存裏，執行完count+=1以後，各自CPU緩存裏的值都是1，同時寫入內存後，咱們會發現內存中是1，而不是咱們期待的2。以後因爲各自的CPU緩存裏都有count的值（1），兩個線程都是基於CPU緩存裏的count值來計算的，因此致使最終中count的值要小於2000000,。這就是緩存可見性的問題。

若是循環的次數更大，咱們會發現效果更明顯，最終的count值差值越大，緣由是兩個線程不時同時啓動的，有一個時差。

原子性

count+=1，至少須要三條CPU指令。

指令1：首先，須要把count變量從內存加載到CPU寄存器。 指令2：以後，在寄存器中執行+1操做。 指令3：最後，將結果寫入內存（緩存機制致使的多是寫入CPU緩存而不是內存） 若是線程A在指令1執行以後作線程切換，線程A和線程B按照下圖的序列執行，那麼咱們發現兩個線程都執行了count+=1操做，獲得的結果不是咱們指望的2，而是1.

咱們潛意識裏面以爲 count+=1 這個操做是一個不可分割,就像原子同樣，線程的切換能夠發生在count+=1以前，也能夠發生在count+=1以後，可是不會發生在中間。

咱們把一個或者多個操做在CPU執行的過程當中不被中斷的特性稱爲原子性。

有序性

有序性實例