併發編程-可見性、順序性、原子性

一直以來，因爲cpu、內存、I/O存在着巨大的速度差別，cpu>內存>I/O。爲了平衡這三者的差別，計算機結構、操做系統、編譯器都作出了巨大的貢獻，主要體現爲：

1. 增長cpu緩存，以均衡與內存的速度差別

2. 編譯器優化指令執行次序，使得緩存可以更加合理利用

3. 操做系統增長進程、線程，以分時複用cpu，進而均衡cpu與I/O的速度差別

以上的優化確實提升了cpu的使用率，提高了總體程序的性能，可是也給咱們的併發程序帶來了一些問題

1. cpu緩存致使的可見性問題

在單核時候，只有一個cpu以及一個cpu緩存，不一樣的線程對應的是同一個緩存，則不存在可見性問題。在多核時代，每顆cpu都有本身的緩存，不一樣的線程可能操做的是不一樣的緩存。例如線程 A操做的是cpu1的緩存，而線程B則操做的是cpu2的緩存，很明顯這個時候線程A對變量v的操做，對於線程B而言則是不可見的

2.  編譯優化帶來的有序性問題

編譯器爲了優化性能，有時候會改變語句的前後順序，這樣不但能夠更加合理的利用cpu緩存，同時能夠減小cpu沒必要要的停頓。而後編譯器的優化只能保證串行語義的一致，沒法保證多線程的語義也一致。在java中一個經典案例就是利用雙鎖檢查建立單例對象。

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

問題出在new操做上，new操做通過優化後，執行指令的順序爲：

1. 分配一塊內存M

2. 將M的地址賦值給instance變量

3. 在內存M上初始化instance變量

我麼假設A線程執行getInstance方法，執行完指令2後，B線程開始執行，這時B發現第一個instance==null 爲false，直接返回了instance實例，然而此時instance實例尚未初始化完成，這個時候B線程訪問instance的成員變量就可能觸發空指針異常

3. 線程切換帶來的原子性問題

線程的切換是由操做系統來處理的，而操做系統走切換是可以發生在任何一條cpu執行完成的。而不少高級語言的一條語句對應cpu指令，count++這個操做則須要三條指令

• 指令1：將count從內存load到cpu寄存器中
• 指令2：將寄存器中的count進行+1
• 指令3：將count寫入內存

當線程A執行完指令1後，切換到線程B則發生原子性問題