java源码学习（java-src）之原子性、可见性、有序性到底说的是啥？

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【问题】为啥出现这三个名词？

因为：现在计算机处理数据可以并发，也就会出现多个线程操作一个数据（代码块）的情况。多核CPU在处理数据的时候会将内存的数据复制到高速缓存中，然后再处理数据，处理之后在写回到主内存中。各个线程都复制了一份数据，又写回内存，内存的数据自然就会有可能变得不一致。比如A线程获取a的值放在自己的内存中，改了一下，还没放回到主内存时，B也读取了a，也操作了。此时A放回去，之后B不知道A刚刚修改了。这三个改变都是基于多线程的，也就说在多线程下会有这三个问题要解决。

原子性（Atomicity）是多线程之间保证只能有一个线程在同一个时间执行。

【释义】一个或多个操作，要么全部执行且在执行过程中不被任何因素打断，要么全部不执行。

这句话经常见但是你会发现，什么是一个或多个操作，理解起来比较费劲，无非就是读写数据嘛，其实如果说我们在读写一个数据的时候，这个读写实际上是两个操作（读和写），那么原子性就是两个操作一块执行，我读了就是我写，你读了我就不写了或者连读也不读。像java源码中：AtomicInteger能保证int这个值的原子性，而synchronize{int a,String b}能保证整个代码块的原子性。

可见性（Visibility）是多线程之间保证变量可以相互读写

【释义】当一个线程修改了变量的值，其他线程能够立即获取到修改之后的值。就是说线程A修改了一个变量之后，线程B马上读取应该就能拿到最新的值。怎么保证这个可见性呢？使用volatile、synchronized、lock、atomicXXX类来保证。

【volatile】

线程在读取数据的时候，不是从缓存中读取了，而是直接从内存（共享内存）中读取这个值。也就是说被volatile修饰的变量在内存中所有的线程在使用时是先读，都不在去缓存一份副本。

【注意】

volatile只能保证可见性，不能保证原子性。读取块，但是写的时候慢（需要执行内存屏障指令，防止指令重排序。

【synchronized】

这货也可以保证可见性，在加锁时清空工作内存的共享变量的值，从而从内存中重新读取共享变量的值。在解锁时需要将工作内存中的共享变量的值写入到主内存。来保证主内存中的数据都是最新的，同时也保证了可见性。

【Lock】

这货为啥能保证可见性呢？因为该类继承了AbstractQueuedSynchronizer，这个类中使用的是state这个变量，而这个变量是volatile 修饰的。

/**

  * The synchronization state.

  */

private volatile int state;

【指令重排序】

指令重排序不会破坏依赖关系，它会保证执行结果总是一样。指令重排序是在多线程执行程序时为了提高CPU使用率才会去优化和重排序指令（代码）。

我们在使用volatile修饰的变量的时候，这个代码执行到此处，会先去主内存（共享内存）中读取数据，然后在继续操作，同理synchronized也会防止指令重排序。

为什能防止指令重排序呢？

我觉得就是因为我们在读取volatile修饰的变量的时候是从主内存读取的，而不是自己的线程副本中，在使用该变量时CPU不知道当前值的内容或者已被通知该值已经改变，所以不能重排序。

有序性（orderly）是多线程之间在在执行同一个代码的时候有顺序

【释义】程序按照先后顺序执行，就是说代码在多个cpu上执行，要按照一定顺序执行，A线程执行到此处，其他的线程就得等着A执行完才能执行，就是让代码有顺序的执行。别瞎搞。

【理解】CPU重排序其实是最大利用CPU的资源，不能让CPU闲着，但是如果你让CPU能按照顺序执行，CPU的资源肯定会浪费，因为没有拿到锁的线程都睡着呐。

synchronized保证了有序性（根据as-if-serial语义（就好像是顺序执行一样），无论编译器和处理器怎么优化也好，重排序指令也好，单线程结果一定是正确的。）有了这个sync整个世界都是顺序的，乖的很。

其他说明：

可见性：缓存一致性协议

当CPU对变量进行写操作时发现，变量是共享变量，那么就会通知其他CPU中将该变量的缓存行设置为无效状态。当其他CPU在操作变量时发现此变量在的缓存行已经被设置成了无效，那么就会去主内存中重新读取最新的变量。

内存屏障：一组CPU指令，用于实现对内存操作的顺序限制。

Java编译器，会在生成指令系列时，在适当的位置会插入内存屏障来禁止处理器对指令的重新排序。

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内容总结

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