1.线程初始

计算机为了提升对数据的处理能力，把CPU从单核升级为多核，软件为了提升性能就把单线程提升为了多线程。
线程是CPU调度的一个最小运算单元-意思就是说CPU的一个核心同时只能处理一个线程的某个操作。

2.并发需要清楚的问题

在并发编程中，我们通常会遇到以下三个问题：原子性问题，可见性问题，有序性问题。

2.1 原子性问题

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。
　　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2个操作：从账户A减去1000元，往账户B加上1000元。
　　试想一下，如果这2个操作不具备原子性，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。
　　所以这2个操作必须要具备原子性才能保证不出现一些意外的问题。
　　同样地反映到并发编程中会出现什么结果呢？
　　举个最简单的例子，大家想一下假如为一个32位的变量赋值过程不具备原子性的话，会发生什么后果？
i = 9
　　假若一个线程执行到这个语句时，我暂且假设为一个32位的变量赋值包括两个过程：为低16位赋值，为高16位赋值。
　　那么就可能发生一种情况：当将低16位数值写入之后，突然被中断，而此时又有一个线程去读取i的值，那么读取到的就是错误的数据。

2.2 可见性问题

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。
　　举个简单的例子，看下面这段代码：

  1. //线程1执行的代码
  2. int i = 0;
  3. i = 10;
  5. //线程2执行的代码
  6. j = i;

假若执行线程1的是CPU1，执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知，当线程1执行 i =10这句时，会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中，然后赋值为10，那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了，却没有立即写入到主存当中。
　　此时线程2执行 j = i，它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中，注意此时内存当中i的值还是0，那么就会使得j的值为0，而不是10.
　　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。
image.png

2.3 有序性问题

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：

  1. int i = 0;              
  2. boolean flag = false;
  3. i = 1;                //语句1  
  4. 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前面执行吗？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：

  1. int a = 10;    //语句1
  2. int r = 2;    //语句2
  3. a = a + 3;    //语句3
  4. 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：
image.png
那么可不可能是这个执行顺序呢： 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个线程内程序执行的结果，但是多线程呢？下面看一个例子：

  1. //线程1:
  2. context = loadContext();   //语句1
  3. inited = true;             //语句2
  5. //线程2:
  6. while(!inited ){
  7.   sleep()
  8. }
  9. 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。