3.线程安全之可见性、有序性、原子性是什么？
小陳：上一篇說(shuō)了JAVA內(nèi)存模型，但是后面說(shuō)了在多線程并發(fā)操作的時(shí)候有可見(jiàn)性問(wèn)題，我現(xiàn)在迫不及待想知道線程安全的可見(jiàn)性、原子性、有序性是啥了
老王：哈哈，可以。我先說(shuō)說(shuō)我自己對(duì)可見(jiàn)性、有序性、原子性的理解：
可見(jiàn)性
上一篇講了，多個(gè)線程同時(shí)對(duì)某一個(gè)共享變量進(jìn)行操作的時(shí)候，存在線程A的操作對(duì)線程B不可見(jiàn)的問(wèn)題。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是線程A執(zhí)行了某些操作對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了變更；但是線程B并不知道，所以還是使用舊數(shù)據(jù)干它自己的活。
小陳：這么講，按照概念來(lái)理解我還是很模糊啊，能不能搞個(gè)例子來(lái)講解一下？
老王，沒(méi)問(wèn)題，我就結(jié)合上次你提的那個(gè)JAVA內(nèi)存模型可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的這個(gè)例子給你講解一下
比如線程A和線程B都執(zhí)行x++操作（x的初始值是0），線程A執(zhí)行完了之后將主內(nèi)存的值更新為1，但是線程B由于已經(jīng)將 x = 0?讀取進(jìn)入自己的工作內(nèi)存了，不知道線程A將x更新為1了，所以還是使用x=0去進(jìn)行++操作。
像這種，就是典型的可見(jiàn)性問(wèn)題，就是線程A操作了數(shù)據(jù)，但是線程B不可見(jiàn)，感知不到。
小陳：嘿嘿，看來(lái)上次我的猜測(cè)沒(méi)錯(cuò)啊，無(wú)論是CPU緩存架構(gòu)下還是JAVA內(nèi)存模型都是有可見(jiàn)性的問(wèn)題。
老王：沒(méi)錯(cuò)，你說(shuō)的這個(gè)問(wèn)題是存在的，但是還是有些手段可以避免的，后面我們?cè)賮?lái)討論。下面我們?cè)賮?lái)說(shuō)一下有序性的問(wèn)題
有序性
有序性是指由于JIT動(dòng)態(tài)編譯器、操作系統(tǒng)為了給提高程序的執(zhí)行效率，可能會(huì)對(duì)按順序書寫好的指令進(jìn)行重排，線程或者CPU執(zhí)行的時(shí)候不一定按照程序書寫的順序來(lái)執(zhí)行：
比如程序的書寫順序是 指令1 -> 指令2 -> 指令3；但是由于指令重排序，某個(gè)線程執(zhí)行這幾個(gè)指令的時(shí)候，比如說(shuō)線程A執(zhí)行的時(shí)候，可能先執(zhí)行指令3，然后再執(zhí)行指令2、指令1。導(dǎo)致別的線程，比如說(shuō)線程B看到線程A的指令執(zhí)行是亂序的。
我搞個(gè)代碼給你講解一下：
線程A在執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)、http客戶端的初始化工作，初始化完畢之后將initOk初始化表示置為true表示初始化完畢。
// 步驟1 dataSource = initDataSource(); // 步驟2 httpClient = initHttpClient(); // 步驟3 initOK = true;線程B在這里一直監(jiān)聽(tīng)線程A是否初始化資源完畢，看到initOK標(biāo)識(shí)為true表示初始化結(jié)束。開(kāi)始執(zhí)行業(yè)務(wù)操作，獲取數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)發(fā)起網(wǎng)絡(luò)調(diào)用。
// 步驟4 while(!initOK) { } // 步驟5 Object data = dataSource.getData(); // 步驟6 httpClient.request(data);上面這段代碼，正常來(lái)說(shuō)線程A的執(zhí)行順序應(yīng)該是 步驟1 -> 步驟2 -> 步驟3。但是由于JIT動(dòng)態(tài)編譯器或者操作系統(tǒng)可能對(duì)指令進(jìn)行重排序，所以可能執(zhí)行順序是 步驟3 -> 步驟1 -> 步驟2。
這樣就會(huì)導(dǎo)致線程B先看到了initOk = true，這樣就會(huì)導(dǎo)致線程B直接跳出while循環(huán)，跳出等待，執(zhí)行dataSource.getData方法，執(zhí)行httpClient.request()方法；但是線程A的步驟1、步驟2還沒(méi)執(zhí)行dataSource、httpClient是null，會(huì)拋出空指針異常。
小陳：等等，我來(lái)理解一下；線程A先執(zhí)行了initOK = true；導(dǎo)致線程B跳出了while循環(huán)，然后調(diào)用dataSource.getData方法，由于線程A還沒(méi)執(zhí)行dataSource = initDataSource()方法，所以dataSource對(duì)象可能是null值，這樣線程B調(diào)用的時(shí)候可能拋出空指針異常，是這樣吧？
老王：沒(méi)錯(cuò)，理解得非常好，小陳你果然聰明啊；你這個(gè)理解力，我對(duì)后面講解的文章越來(lái)越有信心了。
小陳：嘿嘿......
老王：上面這種有序性問(wèn)題，在多線程并發(fā)執(zhí)行的時(shí)候，由于指令的重排序存在，很可能是會(huì)發(fā)生的。
這就是有序性帶來(lái)的線程安全問(wèn)題，也就是線程B看到線程A的執(zhí)行時(shí)亂序的，也就是不是按照步驟1、2、3這樣順序的來(lái)執(zhí)行。
簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)講就是線程A還沒(méi)初始化好，就將標(biāo)識(shí)initOk設(shè)置為true。導(dǎo)致線程B誤以為線程A搞定了，然后去獲取數(shù)據(jù)，發(fā)起http請(qǐng)求，然后...，然后線程B就掛了...（線程B：線程A這坑爹的，還沒(méi)初始化好就告訴我搞定了，這不是坑我嘛...）
老王：說(shuō)了可見(jiàn)性、有序性的問(wèn)題，下面我們?cè)賮?lái)說(shuō)說(shuō)原子性問(wèn)題。
原子性
老王：原子性是說(shuō)某個(gè)操作是不可分割的、不可中斷的。
小陳：這個(gè)不可分割、不可中斷是啥意思？
老王：
比如之前說(shuō)的JAVA內(nèi)存模型定義的8中操作；read、load、use、assign、store、write、lock、unlock等八種指令都是原子的。
老王：比如說(shuō)read指令，不可分割：說(shuō)的是這條指令是讀取數(shù)據(jù)最小的指令了，不能再拆分成更多的指令
小陳：不可分割是不是說(shuō)它就是最小的執(zhí)行單元了，不能被拆分的意思？
老王：沒(méi)錯(cuò)，就是這個(gè)意思.....
小陳：哦哦，這個(gè)不可分割我懂了，那不可中斷又是啥玩意？
老王：簡(jiǎn)單來(lái)講就是不能執(zhí)行到一半就不干了，比如這個(gè)read指令，你不能讀取一個(gè)變量的數(shù)據(jù)，只讀取到一半的時(shí)候就撂挑子不干了；要執(zhí)行就一起全部執(zhí)行，不能干了一半就不干了，同時(shí)也不能被其它外部的因素打斷了。
小陳：那意思是說(shuō)cpu執(zhí)行read指令，執(zhí)行到一半的時(shí)候，就把這個(gè)線程掛起來(lái)，這個(gè)是不被允許的咯。
老王：哈哈，就是這樣的。要干就全部都干了，不能中途搞了一半你跟我說(shuō)退出了....
小陳：老王你真牛逼，這么晦澀的東西都被你三言兩句簡(jiǎn)單的話就給說(shuō)清楚了。
老王：那是，畢竟我可是單身十多年...；不，是工作十多年的老兵了，“技巧”早就磨練的杠杠的......
小陳：......
小陳：道理我是聽(tīng)明白了，實(shí)際編碼里面那些操作是原子的，那些不是原子的呢？
老王：給你講講下面的例子就知道了：
比如下面的操作：
（1）y = 1;
（2）x++;
（3）z = y;
（1）其中y = 1操作是原子的，因?yàn)橹皇菆?zhí)行了load操作，將1直接load給y，只有一條指令的執(zhí)行。??
（2） x++操作就不是原子性的，之前畫圖講解過(guò)，i++操作經(jīng)過(guò)，read、load、use、assign、store、write等六個(gè)操作；雖然每個(gè)指令都是原子的，但是合并起來(lái)并不是原子的。
比如說(shuō)線程A執(zhí)行read和load操作將工作內(nèi)存的變量x的值載入自己工作內(nèi)存的變量副本中。但是還沒(méi)來(lái)得及執(zhí)行后續(xù)的use、assign、store、write指令，這個(gè)時(shí)候線程A就被掛起了。
線程A被掛起期間，線程B就也執(zhí)行了read、load指令將變量x放入線程B的工作內(nèi)存里了。這就相當(dāng)于線程A的這6條指令沒(méi)有連續(xù)執(zhí)行完，被中斷了，中途CPU又去執(zhí)行別的指令了，并不是不可分割、不可中斷的。
（3）z = y 也不是原子的，它先要執(zhí)行read指令讀取y的值，然后執(zhí)行l(wèi)oad執(zhí)行賦值給z。并不是單一的原子指令
小陳：哇塞，老王你太牛逼了，你這么說(shuō)我全懂了。
小陳：既然多線程并發(fā)操作的時(shí)候會(huì)有這些問(wèn)題，那操作系統(tǒng)或者說(shuō)JAVA底層是怎么解決這些問(wèn)題達(dá)到并發(fā)安全的效果的呢？
老王：操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者肯定是會(huì)想到這些問(wèn)題的，這就是我們下面要慢慢講解的話題了，操作系統(tǒng)或者JAVA底層是怎么解決這些并發(fā)安全的問(wèn)題的。
老王：小陳，給你個(gè)任務(wù)，你去看看MESI一致性協(xié)議的內(nèi)容，下面我們講解一下MESI一致性協(xié)議，以及MESI一致性協(xié)議是如何解決可見(jiàn)性問(wèn)題的。
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