并发编程-基础篇

三大特性

原子性

定义：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。

Java中的原子性

在Java中，对基本数据类型的变量的读取和赋值操作是原子性操作，即这些操作是不可被中断的，要么执行，要么
不执行。
x = 10;         //语句1
y = x;         //语句2
x++;           //语句3
x = x + 1;     //语句4
上述语句中，只有语句1是原子性操作，其他三个语句都不是原子性操作。
语句2实际上包含2个操作，它先要去读取x的值，再将x的值写入工作内存，虽然读取x的值以及 
将x的值写入工作内存 这2个操作都是原子性操作，但是合起来就不是原子性操作了。
同样的，x++和 x = x+1包括3个操作：读取x的值，进行加1操作，写入新的值。
也就是说，只有简单的读取、赋值（而且必须是将数字赋值给某个变量，变量之间的相互赋值不是原子操作）才是
原子操作。
从上面可以看出，Java内存模型只保证了基本读取和赋值是原子性操作，如果要实现更大范围操作的原子性，可以
通过synchronized和Lock来实现。由于synchronized和Lock能够保证任一时刻只有一个线程执行该代码块，
那么自然就不存在原子性问题了，从而保证了原子性。

可见性

定义：可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

Java中的可见性

对于可见性，Java提供了volatile关键字来保证可见性。
当一个共享变量被volatile修饰时，它会保证修改的值会立即被更新到主存，当有其他线程需要读取时，它会去
内存中读取新值。
而普通的共享变量不能保证可见性，因为普通共享变量被修改之后，什么时候被写入主存是不确定的，当其他线程
去读取时，此时内存中可能还是原来的旧值，因此无法保证可见性。
另外，通过synchronized和Lock也能够保证可见性，synchronized和Lock能保证同一时刻只有一个线程获取锁
然后执行同步代码，并且在释放锁之前会将对变量的修改刷新到主存当中。因此可以保证可见性。

有序性

定义：有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

Java中的有序性

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，相当于是让线程顺序执行
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
称为happens-before原则。如果两个操作的执行次序无法从happens-before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。
下面就来具体介绍下happens-before原则（先行发生原则）：
①程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作
②锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作
③volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作
④传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C
⑤线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作
⑥线程中断规则：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生
⑦线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、
Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行
⑧对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
这8条规则中，前4条规则是比较重要的，后4条规则都是显而易见的。
下面我们来解释一下前4条规则：
对于程序次序规则来说，就是一段程序代码的执行在单个线程中看起来是有序的。注意，虽然这条规则中提到
“书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作”，这个应该是程序看起来执行的顺序是按照代码顺序执行的，
但是虚拟机可能会对程序代码进行指令重排序。虽然进行重排序，但是最终执行的结果是与程序顺序执行的结果
一致的，它只会对不存在数据依赖性的指令进行重排序。因此，在单个线程中，程序执行看起来是有序执行的，这
一点要注意理解。事实上，这个规则是用来保证程序在单线程中执行结果的正确性，但无法保证程序在多线程中
执行的正确性。
第二条规则也比较容易理解，也就是说无论在单线程中还是多线程中，同一个锁如果处于被锁定的状态，那么
必须先对锁进行了释放操作，后面才能继续进行lock操作。
第三条规则是一条比较重要的规则。直观地解释就是，如果一个线程先去写一个变量，然后一个线程去进行读取，
那么写入操作肯定会先行发生于读操作。
第四条规则实际上就是体现happens-before原则具备传递性。