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Java并发之原子性、有序性、可见性

原子性指的是一个或者多个操作在 CPU 执行的过程中不被中断的特性

线程切换 带来的原子性问题

Java 并发程序都是基于多线程的，操作系统为了充分利用CPU的资源，将CPU分成若干个时间片，在多线程环境下，线程会被操作系统调度进行任务切换。

为了直观的了解什么是原子性，我们看下下面哪些操作是原子性操作

int count = 1; //1
count++;       //2
int a = count; //3
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上面展示语句中，除了语句1是原子操作，其它两个语句都不是原子性操作，下面我们来分析一下语句2

其实语句2在执行的时候，包含三个指令操作

指令 1：首先，需要把变量 count 从内存加载到 CPU的寄存器
指令 2：之后，在寄存器中执行 +1 操作；
指令 3：最后，将结果写入内存

对于上面的三条指令来说，如果线程 A 在指令 1 执行完后做线程切换，线程 A 和线程 B 按照下图的序列执行，那么我们会发现两个线程都执行了 count+=1 的操作，但是得到的结果不是我们期望的 2，而是 1。

操作系统做任务切换，可以发生在任何一条CPU 指令执行完

有序性

有序性指的是程序按照代码的先后顺序执行

**编译优化 **带来的有序性问题

为了性能优化，编译器和处理器会进行指令重排序，有时候会改变程序中语句的先后顺序，比如程序：

a = 5;     //1
b = 20;    //2
c = a + b; //3
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编译器优化后可能变成

b = 20;    //1
a = 5;     //2
c = a + b; //3
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在这个例子中，编译器调整了语句的顺序，但是不影响程序的最终结果

synchronized（具有有序性、原子性、可见性）表示锁在同一时刻只能由一个线程进行获取，当锁被占用后，其他线程只能等待。

在单例模式的实现上有一种双重检验锁定的方式（Double-checked Locking）

public class Singleton {
  static Singleton instance;
  static Singleton getInstance(){
    if (instance == null) {
      synchronized(Singleton.class) {
        if (instance == null)
          instance = new Singleton();
        }
    }
    return instance;
  }
}
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我们先看 instance = new Singleton() 的未被编译器优化的操作

指令 1：分配一块内存 M；
指令 2：在内存 M 上初始化 Singleton 对象；
指令 3：然后 M 的地址赋值给 instance 变量。

编译器优化后的操作指令

指令 1：分配一块内存 M；
指令 2：将 M 的地址赋值给 instance 变量；
指令 3：然后在内存 M 上初始化 Singleton 对象。

现在有A，B两个线程，我们假设线程A先执行 getInstance() 方法，当执行编译器优化后的操作指令 2 时（此时候未完成对象的初始化），这时候发生了线程切换，那么线程B进入，刚好执行到第一次判断 instance==null 会发现 instance 不等于 null 了，所以直接返回 instance ，而此时的 instance 是没有初始化过的。

现行的比较通用的做法就是采用静态内部类的方式来实现

public class SingletonDemo {
    private SingletonDemo() {
    }
    private static class SingletonDemoHandler{
        private static SingletonDemo instance = new SingletonDemo();
    }
    public static SingletonDemo getInstance() {
        return SingletonDemoHandler.instance;
    }
}
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