一、原子性

Java 内存模型保证了 read、load、use、assign、store、write、lock 和 unlock 操作具有原子性，例如对一个 int 类型的变量执行 assign 赋值操作，这个操作就是原子性的。但是 Java 内存模型允许虚拟机将没有被 volatile 修饰的 64 位数据（long，double）的读写操作划分为两次 32 位的操作来进行，即 load、store、read 和 write 操作可以不具备原子性。

有一个错误认识就是，int 等原子性的类型在多线程环境中不会出现线程安全问题。前面的线程不安全示例代码中，cnt 属于 int 类型变量，1000 个线程对它进行自增操作之后，得到的值为 997 而不是 1000。

为了方便讨论，将内存间的交互操作简化为 3 个：load、assign、store。

下图演示了两个线程同时对 cnt 进行操作，load、assign、store 这一系列操作整体上看不具备原子性，那么在 T1 修改 cnt 并且还没有将修改后的值写入主内存，T2 依然可以读入旧值。可以看出，这两个线程虽然执行了两次自增运算，但是主内存中 cnt 的值最后为 1 而不是 2。因此对 int 类型读写操作满足原子性只是说明 load、assign、store 这些单个操作具备原子性。

如何保证原子性？

1、使用原子类来保证线程安全

原子类位于 java.util.concurrent.atmoic 包，这里以AtomicInteger类为例：
AtomicInteger 能保证多个线程修改的原子性。

使用 AtomicInteger 重写之前线程不安全的代码之后得到以下线程安全实现：

public class AtomicExample {private AtomicInteger cnt = new AtomicInteger();public void add() {cnt.incrementAndGet();}public int get() {return cnt.get();}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {final int threadSize = 1000;AtomicExample example = new AtomicExample(); // 只修改这条语句final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadSize);ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();for (int i = 0; i < threadSize; i++) {executorService.execute(() -> {example.add();countDownLatch.countDown();});}countDownLatch.await();executorService.shutdown();System.out.println(example.get());
}

输出

2、使用synchronized 互斥锁

它对应的内存间交互操作为：lock 和 unlock，在虚拟机实现上对应的字节码指令为 monitorenter 和 monitorexit。

public class AtomicSynchronizedExample {private int cnt = 0;public synchronized void add() {cnt++;}public synchronized int get() {return cnt;}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {final int threadSize = 1000;AtomicSynchronizedExample example = new AtomicSynchronizedExample();final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(threadSize);ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();for (int i = 0; i < threadSize; i++) {executorService.execute(() -> {example.add();countDownLatch.countDown();});}countDownLatch.await();executorService.shutdown();System.out.println(example.get());
}

输出

二、可见性

可见性指当一个线程修改了共享变量的值，其它线程能够立即得知这个修改。Java 内存模型是通过在变量修改后将新值同步回主内存，在变量读取前从主内存刷新变量值来实现可见性的。

如何保证可见性？

volatile
synchronized，对一个变量执行 unlock 操作之前，必须把变量值同步回主内存。
final，被 final 关键字修饰的字段在构造器中一旦初始化完成，并且没有发生 this 逃逸（其它线程通过 this 引用访问到初始化了一半的对象），那么其它线程就能看见 final 字段的值。

对前面的线程不安全示例中的 cnt 变量使用 volatile 修饰，不能解决线程不安全问题，因为 volatile 并不能保证操作的原子性。

三、有序性

有序性是指：在本线程内观察，所有操作都是有序的。在一个线程观察另一个线程，所有操作都是无序的，无序是因为发生了指令重排序。在 Java 内存模型中，允许编译器和处理器对指令进行重排序，重排序过程不会影响到单线程程序的执行，却会影响到多线程并发执行的正确性。

如何保证有序性？

1、volatile关键字

volatile 关键字通过添加内存屏障的方式来禁止指令重排，即重排序时不能把后面的指令放到内存屏障之前。

2、synchronized关键字

也可以通过 synchronized 来保证有序性，它保证每个时刻只有一个线程执行同步代码，相当于是让线程顺序执行同步代码。

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