并發(fā)編程是Java程序員最核心的技能之一，同時(shí)也是掌握難度最大的一部分。我們都知道Java中提供了各種異步機(jī)制，但無論是notify wait、synchronized、volatile亦或是java.util.conccurrent包下的ReentrantLock、ThreadPoolExecutor都遵循著相同的異步理論，要理解上述并發(fā)機(jī)制就必須首先了解Java異步的核心原理。

1 共享性

數(shù)據(jù)共享性是線程安全的主要原因之一。如果數(shù)據(jù)只在某一個(gè)線程中被訪問則不存在共享性問題。然而在多線程環(huán)境下常常是多個(gè)線程共享一部分?jǐn)?shù)據(jù)，為保證在多線程環(huán)境下共享數(shù)據(jù)的一致性，必須引入進(jìn)程間的同步機(jī)制。

2 互斥性

資源互斥是指同時(shí)只允許一個(gè)訪問者對(duì)其進(jìn)行訪問，具有唯一性和排它性。我們通常允許多個(gè)線程同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀操作，但同一時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)線程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作。所以我們通常將鎖分為共享鎖和排它鎖，也叫做讀鎖和寫鎖。如果資源不具有互斥性，即使是共享資源，我們也不需要擔(dān)心線程安全。例如，對(duì)于不可變的數(shù)據(jù)共享，所有線程都只能對(duì)其進(jìn)行讀操作，所以不用考慮線程安全問題。但是對(duì)共享數(shù)據(jù)的寫操作，一般就需要保證互斥性。Java 中提供多種機(jī)制來保證互斥性，最簡(jiǎn)單的方式是使用Synchronized。

3 原子性

所謂原子性指的是一系列不可分割的，獨(dú)立的操作，換句話說就是如果執(zhí)行一個(gè)原子性操作，要么不執(zhí)行，要么執(zhí)行完該原子性操作，不會(huì)出現(xiàn)只做一半的情況。最底層的原子性操作是操作系統(tǒng)的指令。但Java層面的操作往往是由多個(gè)原子性操作構(gòu)成的，要保證Java操作的原子性最常見的方式就是加鎖，如Java中的Synchronized或Lock都可以實(shí)現(xiàn)，代碼段二就是通過Synchronized實(shí)現(xiàn)的。除此之外還有一種方式是CAS(Compare And Swap)：即修改數(shù)據(jù)之前先比較與之前讀取到的值是否一致，如果一致，則進(jìn)行修改，如果不一致則重新執(zhí)行，這也是樂觀鎖的實(shí)現(xiàn)原理。

4 可見性

這里寫圖片描述

在多線程環(huán)境下，每一個(gè)線程都維護(hù)一個(gè)本地的工作內(nèi)存，線程操作一個(gè)共享變量時(shí)并不是直接操作在主內(nèi)存中的變量，而是將其先拷貝到自己工作內(nèi)存后再就行修改，同時(shí)在修改完成后再同步到主內(nèi)存。而所謂可見性就是當(dāng)某一個(gè)線程改變某一共享變量后，另一線程可以感知到這一變化。Java中通過Synchronized和volatile來保證可見性。

5 有序性

學(xué)過體系結(jié)構(gòu)的朋友都知道，為了提高程序運(yùn)行的效率，CPU會(huì)對(duì)指令進(jìn)行重排序，以實(shí)現(xiàn)指令級(jí)并行。其實(shí)在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，除了指令級(jí)重排序外，編譯器和內(nèi)存系統(tǒng)也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的重排序以提升效率。

在單線程環(huán)境下，以上的重排序是不會(huì)改變程序的運(yùn)行邏輯的。但是到了多線程環(huán)境，這樣的重排序則可能導(dǎo)致邏輯錯(cuò)亂。Java中通過Synchronized和volatile來保證順序性。