线程的深入研究

多线程的三个特性：

1.原子性（非常重要）

原子性是指操作是不可分的，其表现在于对于共享变量的某些操作是不可分的，必须连续完成。例如a++，对于共享变量a的操作，实际上会执行三个步骤，1，读取变量a的值，2，a的值 +1，3，将值赋予变量a。这三个操作中任何一个操作过程中，a的值被人篡改，那么都会出现我们不希望出现的结果。所以我们必须保证这是原子性的，Java中的锁的机制解决了原子性的问题（在执行某个操作的过程中只能有一个线程）

一个很经典的例子就是银行账户转账问题：比如从账户A向账户B转1000元，那么必然包括3个步骤：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元，再查询一次B账户。试想一下，如果这2个步骤不具备原子性，会造成什么样的后果。假如从账户A减去1000元之后，操作突然中止。然后又从B取出了500元，取出500元之后，再执行 往账户B加上1000元 的操作。这样就会导致账户A虽然减去了1000元，但是账户B没有收到这个转过来的1000元，少了五百。

可见性：

可见性是指一个线程对共享变量的修改，对于其他线程来说是否是可以看到的。为什么会出现这种问题呢？
我们知道Java线程之间通信是通过共享内存的方式进行通信的，而我们又知道，为了加快执行的速度，线程一般是不会直接操作内存的，而是操作缓存。

Java线程内存模型：

实际上，线程操作的是自己的工作内存，而不会直接操作主内存。如果线程对变量的操作没有刷新写入主内存的话，仅仅改变了直接的工作内存的变量的副本，那么对于其他线程来说是不可见的。

而如果另一个变量没有读取主内存中新的值，而是使用旧的值的话，同样的也可以列为不可见。

对于JVM来说，主内存是所有线程共享的java堆，而工作内存中的共享变量的副本是从主内存拷贝过去的，是线程私有的局部变量，位于java栈中。

有序性：

即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子，看下面这段代码：

int i = 0;             
boolean flag = false;
i = 1;                //语句1  
flag = true;          //语句2

上面代码定义了一个int型变量，定义了一个boolean类型变量，然后分别对两个变量进行赋值操作。
从代码顺序上看，语句1是在语句2前面的，那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行码？
不一定，为什么呢？
这里可能会发生指令重排序（Instruction Reorder）

下面解释一下什么是指令重排序，一般来说，处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序的最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

比如上面的代码中，语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响，那么就有可能在执行过程中，语句2先执行而语句1后执行。

但是要注意，虽然处理器会对指令进行重排序，但是它会保证程序最终结果会和代码顺序执行结果相同，那么它靠什么保证的呢？
再看下面一个例子：

int a = 10;    //语句1
int r = 2;    //语句2
a = a + 3;    //语句3
r = a*a;     //语句4

这段代码有4个语句，那么可能的一个执行顺序是：

语句2 -> 语句1 -> 语句3 -> 语句4

那么可不可能是这个执行顺序：

语句2 -> 语句1 -> 语句4 -> 语句3。

不可能，
因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性，如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果，那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。
虽然重排序不会影响单线程内程序执行的结果，但是多线程呢？

下面看一个例子：

//线程1:
context = loadContext();   //语句1
inited = true;             //语句2
//线程2:while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

上面代码中，由于语句1和语句2没有数据依赖性，因此可能会被重排序。假如发生了重排序，在线程1执行过程中先执行语句2，而此是线程2会以为初始化工作已经完成，那么就会跳出while循环，去执行doSomethingwithconfig(context)方法，而此时context并没有被初始化，就会导致程序出错。

从上面可以看出，指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。也就是说，要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确。

在java内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，但是重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

在Java里面，可以通过volatile关键字来保证一定的“有序性”。另外可以通过synchronized和Lock来保证有序性，很显然，synchronized和Lock保证每个时刻是有一个线程执行同步代码，自然就保证了有序性。另外，Java内存模型具备一些先天的“有序性”，即不需要通过任何手段就能够得到保证的有序性，这个通常也被称为happens-berore原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-berofe原则推导出来，那么它们就不能保证它们的有序性，虚拟机可以随意地对它们进行重排序。

volatile关键字：

对volatile变量写操作时：会在写操作后加入一条store指令，将本地内存中的共享变量值刷新到主内存。

对volatile变量读操作时：会在读操作前加入一条load指令，从主内存中读取共享变量，而不是从本地内存（私有内存）中去读，保证了共享变量的可见性。

Volatile变量在被线程访问时，都强迫从主内存中读取，而该变量发生改变的时候，又会强迫线程将最新的值刷新到主内存。

面试题：请说明volatile和synchronized的区别？

1、volatile本质是告诉JVM当前变量在寄存器中的值是不确定的，需要从主存中读取。
synchronized则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其它线程被阻塞。

2、volatile仅能使用在变量级别，synchronized则可以使用在变量、方法、类级别。

3、volatile仅能实现变量修改的可见性，而synchronized则可以保证变量修改的可见性和原子性。

4、volatile不会造成线程阻塞，synchronized会造成线程阻塞。