前言：Java并发编程的三大特性：原子性、可见性、有序性。要保证并发代码的安全性则必须满足这三大特性

原子性的定义：一个或者多个操作，要么全部执行（执行的过程是不会被打断的）、要么全部不执行。

原子性案例分析1：复合操作如 i++ http://www.51testing.com/html/87/300987-814461.html 

原子性案例分析2：A、B同时给C转账。

比如A和B同时向C转账10万元。如果转账操作不具有原子性，A在向C转账时，读取了C的余额为20万，然后加上转账的10万，计算出此时应该有30万，但还未来及将30万写回C的账户，此时B的转账请求过来了，B发现C的余额为20万，然后将其加10万并写回。然后A的转账操作继续——将30万写回C的余额。这种情况下C的最终余额为30万，而非预期的40万。 如果A和B两个转账操作是在不同的线程中执行，而C的账户就是你要操作的共享变量，那么不保证执行操作原子性的后果是十分严重的。  

原子性的解决：内置锁(同步关键字)：synchronized;显示锁：Lock;自旋锁：CAS；

有序性：

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。如下：

int a = 10;    //语句1 int r = 2;    //语句2 a = a + 3;    //语句3 r = a*a;     //语句4 则因为重排序，他还可能执行顺序为 2-1-3-4，1-3-2-4 但绝不可能 2-1-4-3，因为这打破了依赖关系。 显然重排序对单线程运行是不会有任何问题，而多线程就不一定了，所以我们在多线程编程时就得考虑这个问题了。

as-if-serial 语义的意思指：不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），（单线程）程序的执行结果不能被改变。编译器，runtime 和处理器都必须遵守as-if-serial语义。 为了遵守as-if-serial语义，编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序，因为这种重排序会改变执行结果。但是，如果操作之间不存在数据依赖关系，这些操作可能被编译器和处理器重排序。为了具体说明，请看下面计算圆面积的代码示例：

double pi  = 3.14;    //A double r   = 1.0;     //B double area = pi * r * r; //C 上面三个操作的数据依赖关系如下图所示：

如上图所示，A和C之间存在数据依赖关系，同时B和C之间也存在数据依赖关系。因此在最终执行的指令序列中，C不能被重排序到A和B的前面（C排到A和B的前面，程序的结果将会被改变）。但A和B之间没有数据依赖关系，编译器和处理器可以重排序A和B之间的执行顺序。下图是该程序的两种执行顺序：

as-if-serial语义把单线程程序保护了起来，遵守as-if-serial语义的编译器，runtime 和处理器共同为编写单线程程序的程序员创建了一个幻觉：单线程程序是按程序的顺序来执行的。as-if-serial语义使单线程程序员无需担心重排序会干扰他们，也无需担心内存可见性问题

5.4.重排序的意义 为什么会重排序，上面这几个阶段里大概提到了，提高并行效率，编译器认为重排序后执行更优，指令级重排序并行效率更好等等。在单个线程的视角看来，重排序不存在任何问题，重排序不改变执行结果，如下例：

int a = 1; int b = 2; int c = a + b; c因为对a和b有数据依赖，因此c不会被重排序，但是a 、b的执行可能被重排序。但在单个线程下，这种重排序不存在任何问题，不论先初始化a、还是先初始化b，c的值都是3。但是在多线程情况下，重排序就可能带来问题，如下例： 线程T1执行：

a = 1; //共享变量 int a b = true; //共享变量 boolean b 线程T2执行：

if (b){     int c = a;     System.out.println(c); } 假如某个并发时刻，T2检测到b变量已经是true值了，并且变量都对T2可见。c 赋值得到的一定是1吗？

答案是不一定，原因就是重排序问题的存在，在多线程环境下，会造成问题。T1线程如果 a 和 b变量的赋值被重排序了，b先于 a发生，这个重排序对T1线程本身不存在什么问题，之前我们已经讨论过。但是在T2这个线程看来，这个执行就有问题了，因为在T2看来，如果没有重排序，b值变为true之前，a已经被赋值1了。而重排序使得这个推断变得不确定，b有可能先执行，a还没来的及执行，此时线程T2已经看到b变更，然后去获取a的值，自然不等于1。

5.5.happen-before原则 因为有以上重排序问题，会导致并发执行的问题，那么有没有方法解决呢？

happen-before原则，就是用来解决这个问题的一个原则说明，它告诉我们的开发者，你放心的写并发代码，但是你要遵循我告诉你的原则，你就能避免以上重排序导致的问题。

这个原则是什么呢？

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额lock操作； 3.volatile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； 第一条

单线程情况下，happen-before原则告诉你，你放心的认为代码写在前面的就是先执行就ok了，不会有任何问题的。（当然实际并非如此，因为有指令重排序嘛，有的虽然写在前面，但是未必先执行，但是单线程情况下，这并不会给实际造成任何问题，写在前面的代码造成的影响一定对后面的代码可见）

happen-before 有一种记法，hb(a,b) ，表示a比b先行发生。单线程情况下，写在前面的代码都比写在后面的代码先行发生

int a = 1； int b= 2; hb(a,b) 第二条 看如下代码 线程T1：

a = 1； lock.unlock(); b = ture; 线程T2：

if (b){     lock.lock();     int c = a;     System.out.println(c);     lock.unlock(); } 此前在讲重排序的时候说过这个问题，说c有可能读取到的a值不一定是1。因为重排序，导致a的赋值语句可能没执行。但是现在在

b赋值之前加了解锁操作，线程T2在读取到b值变更后，做了加锁操作。这时候就是第二条原则生效的时候，它告诉我们，假如在时间上T1的lock.unlock()先执行了，T2 的lock.lock()后执行，那么T1 unlock之前的所有变更，a = 1这个变更，T2是一定可见的，即T2 在 lock后，c拿到的值一定是 a 被赋值1的值。

因为 a = 1 和 lock.unlock() 有 hb 关系 hb(a=1 , lock.unlock() )

第二条原则 hb(unlock, lock), 而 hb(lock , c = a )，因此c在被赋值a时，a=1一定会先行发生。

第三条 volatile关键字修饰的变量的写先行发生与对这个变量的读，如下 线程T1：

a = 1； vv = 33;//volatile b = ture; 线程T2：

if (b){     int ff = vv;// vv is volatile     int c = a;     System.out.println(c); } 与前面的锁原则一样，这次是volatile变量 写happen-before读。线程T2在读取a变量前先读取以下vv这个volatile变量。因为第三条原则的存在，只要T1在时间上执行了vv写操作，T2在执行vv读操作后，a=1的赋值一定可以被T2读到。

第四条、第五条、第六条

线程T1 start方法，先行发生于T1即将做的所有操作。 如，在某个线程中启动thread1

a = 1； thread1.start(); 如上，a =1 先行发生 thread.start()，而第四条规则又说，start方法先行发生该线程即将做的所有操作，那么a =1 ，也必将先行发生于 thread1 的任何操作。所以thread1启动后，是一定可以读取到a的值为1的

五、六条类似，线程终止前的所有操作先行发生于终止方法的返回。这就保障了一个线程结束后，其他线程一定能感知到线程所做的所有变更。

第七条 对象被垃圾回收调用finalize时，对象的构造一定已经先行发生。

第八条 传递性

可见性的定义：一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。理解可见性必须对JMM模型有深刻理解。如图：

共享内存模型指的就是Java内存模型(简称JMM)，JMM决定一个线程对共享变量的写入时,能对另一个线程可见。从抽象的角度来看，JMM定义了线程和主内存之间的抽象关系：线程之间的共享变量存储在主内存（main memory）中，每个线程都有一个私有的本地内存（local memory），本地内存中存储了该线程以读/写共享变量的副本。本地内存是JMM的一个抽象概念，并不真实存在 从上图来看，线程A与线程B之间如要通信的话，必须要经历下面2个步骤：

1. 首先，线程A把本地内存A中更新过的共享变量刷新到主内存中去。 2. 然后，线程B到主内存中去读取线程A之前已更新过的共享变量。 

当然，我们可以用synchronized来保证这个过程。但是Java1.5以后提供了更加轻量的锁volatile

Volatile与Synchronized区别 （1）从而我们可以看出volatile虽然具有可见性但是并不能保证原子性。 （2）性能方面，synchronized关键字是防止多个线程同时执行一段代码，就会影响程序执行效率，而volatile关键字在某些情况下性能要优于synchronized。但是要注意volatile关键字是无法替代synchronized关键字的，因为volatile关键字无法保证操作的原子性。  

可见性案例分析：https://blog.csdn.net/BruceLiu_code/article/details/104431990/

可见性的解决：最轻量的就是：Volatile