打工人！肝了这套多线程吧！壹

开篇闲扯

    一年又一年，年年多线程。不论你是什么程序员，都逃脱不了多线程并发的魔爪。因为它从盘古开天辟地的时候就有了，就是在计算机中对现实世界的一种抽象。因此，放轻松别害怕，肝了这系列的多线程文章，差不多能吊打面试官了（可别真动手...）。

并发症

    并发问题，曾经在单核单线程的机器上是不存在的（不是不想，是做不到）。假如把计算机看成一个木桶，那么跟我们Java开发人员关系最大的就是CPU、内存、IO设备。这三块木板发展至今，彼此之间也形成了较大的性能差异。CPU的核心数线程数在不断增多，内存的速度却跟不上CPU的步伐，同理IO设备也没能跟上内存的步伐。于是就加缓存，经过科学论证三级缓存最靠谱，于是就有了常见的CPU三级缓存。然后前辈们再对操作系统做各类调度层面的深度优化，通过软硬兼施的手法，使得软件与硬件的完美结合，才有如今繁荣的互联网。而我们不过是在这座城市里的打工人罢了。
言归正传，本文将分别说明在并发世界里的“三宗罪”：可见性、原子性、有序性。

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罪状一：可见性

前文中有说到CPU的发展经历了从单核单线程到现在的多核心多线程，而内存的读写性能却供应不上CPU的处理能力，于是就增加了缓存，至于前文中提到的三级缓存为什么是三级，不在本文讨论范围，有兴趣自己看去。。。

为什么会有可见性问题？

    在单核心时代，所有的线程都是交给一个CPU串行执行，因此不论有多少线程都是排队执行，也就不会形成线程A与B同时竞争target变量的竞争状态，如图一。

    来到多核心多线程时代，每颗CPU都有各自的缓存，如果多个线程分别在不同的CPU上运行，且需要同时操作同一个数据。而每颗CPU在处理内存中的数据时，会先将目标数据缓存到CPU缓存中。这时候CPU们各干各的，也不管目标值有没有被其他CPU修改过，自己在缓存中修改后不管三七二十一就写回去，这肯定是不行的啊兄弟...，而这就是我们Java中常说的数据可见性问题，再追根溯源就是：CPU级别的缓存一致性协议。后边文章会详细解释（别问具体时间，问了就是明天）。

可见性问题怎么解决？

    这个简单，如果仅仅是解决可见性，那就Volatile关键字用起来（也不是万能的，慎重考虑），它会将共享变量数据从线程工作内存刷新到主存中，而这个关键字的实现基础是Java规范的内存模型，注意，这里要和JVM内存模型区分开，两者是不一样的东西。那么Java内存模型又是什么样的，为啥设计这个内存模型，有哪些好处？下篇详细解释！本文就先放一张简单的图：

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罪状二：原子性

    大家都知道CPU的运行时间是分片进行的，可能CPU这段时间在执行我写的if-else，下一时刻由于操作系统的调度当前线程丢失时间片，又执行其他线程任务去了（呸！渣男）。打断了我当前线程的一个或者多个操作流程，这就是原子性被破坏了，也就是多线程无锁情况下的ABA问题。跟我们期望的完全不一样啊，还是看图说话：

    解释一下就是：想要得到temp为2的结果，但是只能得到1，原因就是运行A线程的CPU干别的去了，而这时候B线程所在的CPU后发制A，抢先完成了++的操作并写回内存，但是A不知道，还傻傻的以为它的到的是temp的初恋，又傻傻的写会去，然后就心态崩了呀！偷袭~（出错）

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罪状三：有序性

    如果说原子性问题是硬件工程师挖的坑（CPU别切换多好），那有序性就妥妥的是软件工程师下了老鼠夹子（夸张了啊，其实都是为了效率）。之所以存在有序性问题，完全是编译大神们对我们的关爱，知道我们普通Coder对性能的要求是能跑就行。

    因此，在Java代码在编译时期动了手脚，比如说：锁消除、锁粗化（需要进行逃逸性分析等技术手段）或者是将A、B两段操作互换顺序。但是，所有的这一切都不能影响源码在单线程执行情况下的最终结果，即as-if-serial语义。这是个很顶层的协议，不论是编译器、运行时状态还是处理器都必须遵守该语义。这是保证程序正确性的大前提。当然，编译器不仅仅要准守as-if-serial语义，还要准守以下八大规则--Happens-Before规则（八仙过海各显神通）：

什么是Happens-Before规则？

    一段程序中，前面运行后的结果，对后面的操作来说均可见。即：不论怎么编译优化（编译优化的文章以后会写，关注我，全免费）都不能违背这一指导思想。不能忘本

规则名称	解释
程序顺序规则	在一个线程中，按照程序的顺序，前面的操作先发生于后续的操作
volatile变量规则	对volatile变量进行写操作时，要优先发生于对这个变量的读操作，可以理解为禁止指令重排但实际不完全是一个意思
线程start()规则	很好理解，线程的start()操作要优先发生于该线程中的所有操作（要先有鸡才能有蛋）
线程join()规则	线程A调用线程B的join()并成功返回结果时，线程B的任意操作都是先于join()操作的。
管理锁定规则	在java中以Synchronized为例来说就是加解锁操作要成对且解锁操作在加锁之后
对象终结规则	一个对象的初始化完成happen—before它的finalize（）方法的开始
传递性	即A操作先于B发生，B先于C发==>A先于C发生

注：文章里所有类似“先于”、“早于”等词并不严谨不能和Happens-Before划等号，只是这样说更好理解，较为准确的含义是：操作结果对后者可见。

其实，总结来说就是JMM、编译器和程序员之间的关系。

JMM对程序员说：你按顺序写，执行结果就是按照你写的顺序执行的，有BUG就是你自己的问题。
程序员：好的，听你的！
JMM对编译器说：你不能随便改变程序员的代码顺序，我都跟他承诺写啥是啥了，别搞错了。
编译器：收到！（可我还是想优化，我不影响你不就行了，这优化我做定了，奥利给！）

于是就有了这些规则，而对于我们CRUD Boy来说都是不可见的，了解一下就OK！

感谢各位看官！

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