破解并发可见性和有序性的迷局

在并发编程的世界中，可见性和有序性是两大关键概念，理解它们对于编写健壮且可靠的多线程应用程序至关重要。然而，这些概念往往令人困惑，本文将深入浅出地探讨并发可见性和有序性，揭示它们背后的奥秘，并提供切实可行的解决方案。

并发可见性：当多线程相遇

并发可见性是指一个线程对共享变量所做的修改，能否被其他线程及时看到。当多个线程同时访问同一共享变量时，可能会出现可见性问题，这主要是由于现代计算机体系结构中普遍存在的CPU缓存。

CPU缓存是一种高速存储器，用于存储最近访问过的内存数据，以提高性能。当一个线程修改了一个共享变量时，该修改可能不会立即传播到主内存，而是会被缓存在CPU缓存中。如果另一个线程同时读取该变量，它将看到缓存中的旧值，而不是主内存中的最新值，从而导致可见性问题。

并发有序性：时间错乱的线程

并发有序性是指线程执行的顺序是否与程序中编写的顺序一致。在单线程程序中，语句总是按照编写的顺序执行。然而，在多线程程序中，由于编译器优化和指令重排，语句的执行顺序可能与编写的顺序不同。

编译器优化旨在提高代码性能，它可能会重新排列指令的执行顺序，以更好地利用硬件资源。指令重排是指处理器为了提高执行效率，而改变指令执行的顺序。这些优化可能会导致有序性问题，因为一个线程可能在另一个线程完成修改共享变量之前执行依赖于该变量的代码。

破解可见性和有序性的迷局

解决并发可见性和有序性问题的关键在于理解Java内存模型（JMM）。JMM定义了多线程程序中共享变量的可见性和有序性规则。

可见性解决方案

• volatile volatile可以确保共享变量的修改对所有线程立即可见。它通过禁止编译器优化和强制将变量直接写入主内存来实现。

• happens-before规则： happens-before规则定义了一组操作之间的偏序关系，如果一个操作happens-before另一个操作，则第一个操作对共享变量所做的修改对第二个操作是可见的。

有序性解决方案

• final关键字： final关键字可以防止变量在初始化后被修改，从而确保变量在所有线程中始终可见最新值。

• synchronized关键字： synchronized关键字可以用来同步对共享变量的访问，确保只有获得锁的线程才能修改该变量。

• 显式内存屏障： 显式内存屏障（如Java中的Thread.memoryBarrier()）可以强制处理器按照特定的顺序执行指令，从而防止指令重排导致的有序性问题。

结语

并发可见性和有序性是并发编程中至关重要的概念。通过理解Java内存模型和掌握各种解决方案，你可以有效地解决这些问题，编写健壮且可靠的多线程应用程序。记住，可见性和有序性是并发编程的基础，掌握它们将使你成为一名真正的并发编程大师。