都是快取惹的禍害

快取一致性協議： 當某個CPU核心寫資料時，如果發現這個變數為共享變數，即在其他CPU快取中也有副本，就會通知其他CPU將改變數的快取置為無效， 其他CPU需要從記憶體重新讀取。

MESI 的狀態

案例：

資料有效，資料和記憶體中的資料一致，資料只存在於CPU核心1中的Cache中

資料有效，資料和記憶體中的資料一致，資料存在於CPU核心1和CPU核心2的Cache中。

當某一個CPU核心發生修改：CPU核心1中資料有效，資料被修改了，和記憶體中的資料不一致，資料只存在於本CPU的Cache中。CPU核心中的Cache資料無效。

當修改完成後會將快取更新，即回到S狀態。

併發程式設計的概念： 無狀態

無狀態物件一定是執行緒安全的

併發程式設計的概念： 共享狀態

由於count++ 不是一個原子操作，會導致執行緒安全問題。

併發程式設計的概念： 原子性

• 轉賬的例子
  
  • A 向 B轉賬
  • A = A-100
  • B = B+100
• 要麼全做，要麼全不做， 不能出現做一半的情況

併發程式設計的概念： 可見性

• 多個執行緒訪問一個共享變數時， 一個執行緒對變數的修改，其他執行緒能否立刻看到剛修改的值。
  

記憶體中共享變數i的值為0 ,在沒有快取一致性的情況下， 執行緒1對變數i的修改對執行緒2是不可見的。

併發程式設計的概念： 有序性

指令重排

• 為了提高效能，編譯器和處理器常常會對指令做重排序
  
  • 編譯器優化的重排序。編譯器在不改變單執行緒程式語義的前提下，可以重新安排語句的執行順序。
  • 指令級並行的重排序。現代處理器採用了指令級並行技術（Instruction-Level Parallelism， ILP）來將多條指令重疊執行。如果不存在資料依賴性，處理器可以改變語句對應機器指令的執行順序。
  • 記憶體系統的重排序。由於處理器使用快取和讀/寫緩衝區，這使得載入和儲存操作看上去可能是在亂序執行。

併發程式設計

• 在存在共享資料的情況下， 併發程式想要正確地執行，必須要保證原子性、可見性以及有序性

  。只要有一個沒有被保證，就有可能會導致程式執行不正確。

• 編寫執行緒安全的程式碼，本質上就是管理對狀態（state）的訪問，而且通常都是共享的、可變的狀態。這裡的狀態通常是物件的變數(靜態變數和例項變數)

Java 記憶體模型

所有變數都在主存，必須讀到工作記憶體執行緒才能操作

例子

• 執行緒t 讀取 stop 的值(false) 並且放到自己的工作記憶體中

• 主執行緒也讀取stop的值（false）, 放到自己的工作記憶體中， 並且改為true
  但是執行緒t 中工作記憶體中的stop 依然是false;

• 一個執行緒對一個共享變數的修改對另外一個執行緒是不可見的！

用volatile實現可見性

• volatile關鍵字
  
  • volatile boolean stop = false;

• 當讀寫一個volatile變數的時候， 每次都從主記憶體讀寫， 而不是工作記憶體

• volatile實現了可見性

  • 但是能實現原子性嗎？

例子：

分析：

• 問題就出在 value ++ 上， 這不是一個原子操作
  
  • 執行緒A從主記憶體讀取最新的value值（依照volatile的原則）
  • 執行緒A對value 值加1
  • 執行緒A把value的值寫回主記憶體

• 線上程A執行到第二步的時候， 執行緒B可能已經修改了主記憶體中value的值

• 對於volatile修飾的變數，直接讀寫是沒問題的， 能保證可見性

• 但是對volatile變數進行操作， 原子性還是無法保證， 需要採用其他同步措施

  • 例如：synchronized

有序性

//執行緒1:
context = loadContext();   //語句1
loaded = true;             //語句2

//執行緒2:
while(!loaded ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);
/*由於編譯器的指令重排， 語句2有可能放到語句1的前邊，  
這會導致執行緒2執行出錯*/

例子：單例模式：看起來沒什麼問題

假設有兩個執行緒，他們是怎麼執行的？

例子：單例模式

例子：發生了指令重排

不允許對 一個volatile變數的賦值操作與其之前的任何讀寫操作 重新排序，
也不允許將 讀取一個volatile變數的操作與其之後的任何讀寫操作 重新排序。