并发编程三大特性

# 可见性

我们编写的任何程序，最终都会转成机器码，交给 cpu 执行，由于 cpu 和内存的速度差异巨大，如果 cpu 每执行完一个指令都将数据写回内存，执行下一个指令又从内存读取数据，会严重降低 cpu 的执行效率，所以 cpu 每次都是读取一个缓存行（cache line, 64 字节）数据将数据放在 cpu 缓存中。

如下是 cpu 三级缓存架构示意图

（图片来自网络）

从 cpu 到各计算单元速度参考

计算单元	时钟周期	时间
寄存器	1 cycle	< 1ns
L1 Cache	3 - 4 cycle	1 ns
L2 Cache	10 - 20 cycle	3 ns
L3 Cache	40 - 45 cycle	15 ns
内存	120 - 240 cycle	80 ns

扩展

因为有缓存行的存在，有时候可以使用缓存行对齐的写法提高程序性能，关于这方便内容可以自行 google

# 顺序性

为了提高 cpu 执行效率并发执行指令，当两个指令没有先后依赖关系时，会并发执行指令，就可能造成指令执行循序和代码不一致的情况，这种情况只能保证在单线程情况下的执行结果是一致的，而在多线程可能会得到错误的结果。

以下是复现指令重拍情况存在的代码

public class ReorderingDemo {

    private static int x = 0, y = 0;
    private static int a = 0, b = 0;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        int i = 0;
        for (; ; ) {
            i++;
            x = 0;
            y = 0;
            a = 0;
            b = 0;
            Thread one = new Thread(() -> {
                shortWait(100000);
                a = 1;
                x = b;
            });

            Thread other = new Thread(() -> {
                b = 1;
                y = a;
            });
            one.start();
            other.start();
            one.join();
            other.join();
            String result = "第" + i + "次 (" + x + "," + y + "）";
            // 只有线程中的代码出现指令重排，才可能出现这个结果
            if (x == 0 && y == 0) {
                System.err.println(result);
                break;
            } else {
                System.out.println(result);
            }
        }
    }

    public static void shortWait(long interval) {
        long start = System.nanoTime();
        long end;
        do {
            end = System.nanoTime();
        } while (start + interval >= end);
    }
}