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并发编程的三大特性
- 原子性
- 可见性
- 有序性
上一次我们聊了并发编程三大特性，重点说了一下原子性，今天我们来聊聊可见性：
什么是可见性
先说说可见性问题，其实这个问题是跟CPU的速度有关的。因为CPU处理速度超级快，相比之下，从主内存里读取数据就太慢了。
所以，CPU就帮我们搞了三级缓存，叫做L1、L2、L3。每次从主内存里拿到数据后，就会存到这个缓存里。这样下次再想要这个数据，直接从缓存里拿，速度就快多了。
但这样一来也有个问题。现在的CPU都是多核的，每个线程都有自己的工作内存，也就是CPU的三级缓存。
每个线程都在自己的工作内存里干活，做完修改后也只是在自己的工作内存里改，没有及时地同步到主内存，这就导致了数据不一致的问题。
如何解决可见性问题
- volatile关键字
volatile是Java中的一个关键字，用来修饰成员变量。
如果一个属性被volatile修饰，就相当于告诉CPU，对于这个属性的操作，不能使用CPU的缓存，必须直接去操作主内存。这样做可以保证多线程下的可见性。
volatile的内存语义：
- volatile属性被写：当写一个volatile变量，JMM会将当前线程对应的CPU缓存及时的刷新到主内存中
- volatile属性被读：当读一个volatile变量，JMM会将对应的CPU缓存中的内存设置为无效，必须去主内存中重新读取共享变量
其实加了volatile就是告知CPU，对当前属性的读写操作，不允许使用CPU缓存，加了volatile修饰的属性，会在转为汇编之后后，追加一个lock的前缀，CPU执行这个指令时，如果带有lock前缀会做两个事情：
- 将当前处理器缓存行的数据写回到主内存
- 这个写回的数据，在其他的CPU内核的缓存中，直接无效。
volatile就是让CPU每次操作这个数据时，必须立即同步到主内存，以及从主内存读取数据。
- synchronized
又见到synchronized了，synchronized也是可以解决可见性问题的，synchronized的内存语义。
如果涉及到了synchronized的同步代码块或者是同步方法，获取锁资源之后，将内部涉及到的变量从CPU缓存中移除，必须去主内存中重新拿数据，而且在释放锁之后，会立即将CPU缓存中的数据同步到主内存。
- Lock
Lock锁保证可见性的方式和synchronized完全不同，synchronized基于他的内存语义，在获取锁和释放锁时，对CPU缓存做一个同步到主内存的操作。
Lock锁是基于volatile实现的。Lock锁内部再进行加锁和释放锁时，会对一个由volatile修饰的state属性进行加减操作。
如果对volatile修饰的属性进行写操作，CPU会执行带有lock前缀的指令，CPU会将修改的数据，从CPU缓存立即同步到主内存，同时也会将其他的属性也立即同步到主内存中。还会将其他CPU缓存行中的这个数据设置为无效，必须重新从主内存中拉取。
- final
final修饰的属性，在运行期间是不允许修改的，这样一来，就间接的保证了可见性，所有多线程读取final属性，值肯定是一样。
final并不是说每次取数据从主内存读取，他没有这个必要，而且final和volatile是不允许同时修饰一个属性的。
final修饰的内容已经不允许再次被写了，而volatile是保证每次读写数据去主内存读取，并且volatile会影响一定的性能，就不需要同时修饰。
可见性就介绍的差不多了，下面来说说有序性
什么是有序性
这个就要说一下指令重排了，在Java中，java文件会编译为class文件，在执行前会再次转为CPU可以识别的指令，CPU在执行这些指令时，为了提升执行效率，在不影响最终结果的前提下（满足一些要求），会对指令进行重排。
指令乱序执行的原因，是为了尽可能的发挥CPU的性能。Java中的程序是乱序执行的。
单例模式由于指令重排序可能会出现问题：
线程可能会拿到没有初始化的对象，导致在使用时，可能由于内部属性为默认值，导致出现一些不必要的问题。
as-if-serial
as-if-serial语义：
不论指定如何重排序，需要保证单线程的程序执行结果是不变的。
而且如果存在依赖的关系，那么也不可以做指令重排。
happens-before
具体规则：
- 单线程happen-before原则：在同一个线程中，书写在前面的操作happen-before后面的操作。
- 锁的happen-before原则：同一个锁的unlock操作happen-before此锁的lock操作。
- volatile的happen-before原则： 对一个volatile变量的写操作happen-before对此变量的任意操作。
- happen-before的传递性原则： 如果A操作 happen-before B操作，B操作happen-before C操作，那么A操作happen-before C操作。
- 线程启动的happen-before原则：同一个线程的start方法happen-before此线程的其它方法。
- 线程中断的happen-before原则：对线程interrupt方法的调用happen-before被中断线程的检测到中断发送的代码。
- 线程终结的happen-before原则：线程中的所有操作都happen-before线程的终止检测。
- 对象创建的happen-before原则：一个对象的初始化完成先于他的finalize方法调用。 JMM只有在不出现上述8中情况时，才不会触发指令重排效果。
不需要过分的关注happens-before原则，只需要可以写出线程安全的代码就可以了。
volatile
如果需要让程序对某一个属性的操作不出现指令重排，除了满足happens-before原则之外，还可以基于volatile修饰属性，从而对这个属性的操作，就不会出现指令重排的问题了。
volatile如何实现的禁止指令重排？
内存屏障概念。将内存屏障看成一条指令。
会在两个操作之间，添加上一道指令，这个指令就可以避免上下执行的其他指令进行重排序。
今天并发编程的三大特性就聊完了，后面会跟大家聊聊并发编程中的锁。
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