聊聊高並發（十九）理解並發編程的幾種"性" -- 可見性，有序性，原子性
這篇的主題本應該放在最初的幾篇。討論的是並發編程最基礎的幾個核心概念。可是這幾個概念又牽扯到非常多的實際技術。比方Java內存模型。各種鎖的實現，volatile的實現。原子變量等等，每個都可以展開寫非常多，尤其是Java內存模型，網上已經可以有非常幾篇不錯的文章，臨時不想反復造輪子。這裏推薦幾篇Jave內存模型的資料:
1. JSR-133 FAQ
2. JSR-133 Cookbook
3. Synchronization and Java Memory Model
4.
深入理解Java內存模型
我之前也寫了一個Java內存模型的PPT: http://share.csdn.net/slides/7916
以下說說並發編程關註的幾個核心概念。
關註一個並發問題，有3個主要的關註點：
1. 安全性。也就是正確性。指的是程序在並發情況下運行的結果和預期一致
2. 活躍性，比方死鎖。活鎖
3. 性能，降低上下文切換。降低內核調用。降低一致性流量等等
安全性問題是首要解決的問題。保證程序的線程安全。實際上就是對多線程的同步，而多線程的同步本質上就是多線程通信的問題。操作系統裏面定義了幾種進程通信的方式：
1. 管道 pipeline
2. 信號 signal
3. 消息隊列 messsage queue
4. 共享內存 shared memory
5. 信號量 semaphore
6. Socket
Java裏面進行多線程通信的主要方式就是共享內存的方式，共享內存基本的關註點有兩個：可見性和有序性。加上復合操作的原子性。我們能夠覺得Java的線程安全性問題主要關註點有3個
1. 可見性
2. 有序性
3. 原子性
Java內存模型JMM攻克了可見性和有序性的問題，而鎖攻克了原子性的問題。
至於Java內存模型怎樣解決可見性和有序性的問題，以後會說到，感興趣的同學能夠看看上面的資料。
可見性底層的實現是通過加內存屏障實現的：
1. 寫變量後加寫屏障。保證CPU寫緩沖區的值強制刷新回主內存
2. 讀變量之前加讀屏障。使緩存失效，從而強制從主內存讀取變量最新值
寫volatile變量 = 進入鎖
讀volatile變量 = 釋放鎖
有序性指的是數據不相關的變量在並發的情況下。實際運行的結果和單線程的運行結果是一樣的。不會由於重排序的問題導致結果不可預知。volatile, final, synchronized。顯式鎖都能夠保證有序性。
1. 最常見的就是保證多線程運行的串行順序
2. 防止重排序引起的問題
3. 程序運行的先後順序。比方JMM定義的一些Happens-before規則
重排序的問題是一個單獨的主題。常見的重排序有3個層面:
1. 編譯級別的重排序，比方編譯器的優化
2. 指令級重排序，比方CPU指令運行的重排序
3. 內存系統的重排序，比方緩存和讀寫緩沖區導致的重排序
原子性是指某個(些)操作在語意上是原子的。比方讀操作。寫操作，CAS(compare and set)操作在機器指令級別是原子的，又比方一些復合操作在語義上也是原子的，如先檢查後操作if(xxx == null){}
有個專有名詞競態條件來描寫敘述原子性的問題。
競態條件(racing condition)是指某個操作因為不同的運行時序而出現不同的結果，比方先檢查後操作。
volatile變量僅僅保證了可見性，不保證原子性， 比方a++這樣的操作在編譯後實際是多條語句。比方先讀a的值，再加1操作。再寫操作。運行了3個原子操作，假設並發情況下，另外一個線程非常有可能讀到了中間狀態，從而導致程序語意上的不對。
所以a++實際是一個復合操作。
加鎖能夠保證復合語句的原子性。sychronized能夠保證多條語句在synchronized塊中語意上是原子的。
顯式鎖保證臨界區的原子性。
原子變量也封裝了對變量的原子操作。非堵塞容器也提供了原子操作的接口，比方putIfAbsent。
理解可見性，有序性。原子性是理解並發編程的一個重要基礎
聊聊高並發（十九）理解並發編程的幾種"性" -- 可見性，有序性，原子性