并发编程基础底层原理学习（四）

重排序

在程序执行时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。重排序分为三种类型。

• 编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。
• 指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
• 内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，使得加载和存储操作可能是在乱序执行。

重排序可能会导致多线程程序出现内存可见性问题。指令几并行重排序和内存系统重排序属于处理器重排序，对于处理器重排序，JMM会要求Java编译器在生成指令时，插入特定的内存屏障指令，通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序。

内存屏障类型

屏障类型	指令示例	说明
LoadLoad Barriers	Load1; LoadLoad; Load2	确保Load1数据的装载先于Load2及所有后续装载指令的装载
Store Store Barriers	Store1; StoreStore;Store2;	确保Store1数据对其他处理器可见先于Store2及所有后续的存储指令的存储
LoadStore Barriers	Store1; StoreLoad; Load2	确保Store1数据装载先于Store2及所有后续的存储指令刷新到内存
StoreLoad Barriers	Store1; StoreLoad; Load2	确保Store1数据对其他处理器变得可见（指刷新到内存）先于Load2及所有后续装载指令的装载。

happen-before

从JDK5开始，Java使用JSR-133内存模型，JSR-133使用happen-before的概念来阐述操作之间的内存可见性。在JMM中，如果一个操作执行的结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须存在happen-before关系。

Happen-before规则如下：

• 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happen-before于该线程中的任意后续操作。
• 监视器锁规则：对一个锁的解锁，happen-before于随后对这个锁的加锁。
• volatile变量规则：对一个volatile 域的写，happen-before于任意后续对这个volatile域的读
• 传递性：如果A happen-before B，且B happen-before C，那么 A happen-before C。

引发并发安全的三大因素

可见性

可见性：一个线程对共享变量的修改，另外一个线程能够立刻看到。

// 线程1int a = 0;a = 1;// 线程2int b = a;

假如线程1由cpu1执行，线程2由cpu2执行，当执行a=1时，会把a的初始值0加载到cpu1的高速缓存中，然后赋值为1，此时cpu1高速缓存中a的值变成了1，但是还没有立即刷新到主内存。此时cpu2执行b=a时会从主内存中读取a的值然后加载到cpu2的高速缓存，此时a在主内存的值仍然是0，那么b的值此时为0而不是1。这就是可见性问题，线程1对变量i修改了之后，线程2没有立即看到线程1修改的值。线程1对共享变量a进行修改之后，线程2没有立即看到修改之后a的值，由此引发了可见性的问题。

原子性

原子性：即一个操作或者多个操作 要么全部执行并且执行的过程不会被任何因素打断，要么就都不执行。

有序性

重排序都可能会导致多线程程序出现内存可见性问题