原子性、可見性和有序性

1. 原子性

操做是原子的，則它不可被分割。從另外一個線程的視角來看，它不該該看到這個操做的中間狀態，只能看到兩種狀態：①還沒開始執行 ② 已經執行結束。

 

在多個線程訪問臨界資源時，若是臨界區的代碼不是原子的，則一個線程執行到某個中間狀態，而後被時鐘中斷，另外一個線程接着執行，就會覆蓋數據或訪問到不正確的數據。

 

2. 可見性

因爲在存儲器層次結構中，更高層的數據是更低層數據的一個子集，該數據副本可能存在存儲系統的不一樣層中。爲了提升性能，高層數據寫回底層並非實時的，所以可能形成在某時刻高層數據和底層數據的不一致。

在多核cpu下，因爲每一個核內部都內置了cache，各個核的cache可能緩存了同一個內存地址的數據，cache之間若是沒有某種機制協調，會致使數據不一致（各個線程看到相同數據的值不同）。

 

當一個線程修改了共享數據後，咱們但願其餘線程也能看到這個改變後的結果。若是其餘線程看不到這個修改後的數據，繼續訪問緩存的舊數據，就可能出現問題。

 

3. 有序性

① 哪些地方可能產生重排序？

源代碼-->字節碼/機器碼-->存儲系統-->CPU

會形成重排序的有：① 編譯器 ② 存儲系統 ③ CPU的執行單元。

② 爲何要重排序呢？

爲了提升性能。好比更利於cpu的流水、亂序執行；cpu的異步寫入store buffer；store buffer的合併寫操做等。

③ 重排序會形成什麼影響呢？

好比：

a = 1;
b = 2;

在執行b = 2這行代碼時，咱們可能想固然的以爲a = 1應該已經執行完了，即咱們認爲在這個時刻，應該可以看到a的值是1。遺憾的是，因爲重排序的存在，這一點是不能保證的。

固然，重排序也不是隨便就打亂順序的（保證As-if-serial語義），單線程下存在依賴關係的代碼順序是不能被打亂的，而在多線程下因爲多個線程數據的依賴關係比較複雜，難以預測和分析，所以交給軟件開發者來指明，而硬件開發者則須要提供相關指令（如內存屏障）供軟件開發者使用。

 

總結：

只有原子性是不能保證線程安全的。就算操做原子了，其運算的結果不能讓另外一個線程看到，另外一個線程仍是讀的舊值，那結果仍是錯誤的。

可是就算有了原子性和可見性，也不能保證線程安全。咱們原本指望在某行代碼處能看到前面代碼的運算結果，結果因爲重排序，前面代碼被重排到後面了。所以在此處咱們看到了舊值（可見是可見了，但指望的代碼排到後面了還未執行）。

 

所以要保證線程安全，原子性、可見性和有序性缺一不可。