我們來看一下併發編程中的原子性、可見性、有序性是怎麼來的。
早期CPU的頻率比內存的頻率要高很多，如果CPU每次都從內存取數據的話，就會造成快車等慢車的狀態，嚴重影響CPU的性能。爲了解決這個問題，CPU中引入了緩存。緩存的頻率很高，幾乎跟CPU一個級別。於是就將一些用到的重要數據複製一份放到緩存中，CPU直接跟緩存交互，就能消除內存與CPU頻率相差較大的問題了。
在單核CPU的時代沒有這麼多的麻煩事，後來爲了提升性能開始使用多核CPU。CPU中的每一個核心都有緩存，於是對於內存中的同一份數據，在各個CPU緩存中有一份副本，於是問題就來了！
一、 可見性問題
主內存中有一個int data = 0，則CPU0和CPU1的緩存中都存有一份data的副本，值也爲0。當CPU0執行一個data++操作後，副本1的data數據變成了1。副本1的data還沒有寫回主內存，主內存的data值爲0，副本2的data值也爲0。因此，這個時候兩個副本的值不一致了，如果繼續操作就會造成數據的錯誤。
一個線程修改了共享變量的值，是否能夠立即被其他線程見到最新值，這就可見性問題。
java通過volatile關鍵字解決了可見性的問題。
volatile的實現原理是：
1. 當一個線程修改了共享變量，CPU的嗅探機制會發現副本與主內存數據的不一致，通過彙編lock前綴指令，鎖定共享變量主內存區域，並將新值寫回到主內存；
2. 寫回內存的操作會使其他CPU中緩存了該數據的地址失效。（MESI協議，即緩存一致性協議）
二、原子性問題
原子性就是計算機中的一個不能再分割的動作，要麼做完、要麼不做，中間不會被打斷。
我們對一個volatile修改的int值初始化爲0，用10000個線程去對它進行+1操作。 期望中的結果是10000，但是實際上每次運行的結果都小於10000。
public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
public static volatile int count = 0;
for(int i = 0; i < 10000; ++i){
new Thread(new Runnable(){
public void run(){
++count; //每個線程都對count進行+1
}
})
}
Thread.sleep(5000); //等待一下確保所有的線程都運行完了
System.out.println(count); //9985,9970
}
這就是因爲volatile不能保證多線程計算的原子性問題。
假如CPU0的緩存裏有一個副本count=0，對它進行+1後count=1， 然後將它寫回主內存的過程中，需要有一個assign（將CPU0的計算結果放入CPU0的高速緩存）動作 和一個write(將CPU0的高速緩存的值寫入主內存)動作，而這兩步不是同時完成的。而這中間就有可能插入別的動作。
如果CPU0計算完+1後，還未將結果count=1寫入主內存；CPU1見縫插針利用自己緩存中的count=0計算count+1，然後將值寫入了主內存count=1，之後CPU0又茫然不知地將算好的結果count=1寫入主內存。 這就造成了兩次count++，結果卻=1的情況。
java利用synchronized關鍵字來解決原子性問題。 （還有Lock和Atomic類，另講）
synchronized實現原子性的原理是：
利用對象頭中的mark word存儲鎖的信息，當一個線程佔用這個對象時會將threadID寫入對象頭，其他線程就不能獲取這個對象，以此來實現排他性。
三、 有序性
我們來看一段代碼。 在兩個線程中分別對原本爲0的值x、y賦值，正常情況下x、y的值應該都爲0，但是在10000次循環中很快就會出現x=1,y=1的情況而退出循環。
public class MainTest {
static int a =0, b = 0;
static int x = 0, y = 0;
public static void func(){
a = 0; b = 0;
x = 0; y = 0;
}
public static void main(String[] args){
for(int i = 0; i < 10000; ++i){
func();
new Thread(new Runnable(){
public void run(){
x = a;
a = 1;
}
}).start();
new Thread(new Runnable(){
public void run(){
y = b;
b = 1;
}
}).start();
System.out.println("x = " + x + " y = " + y);
if (1 == x && 1 == y) {
System.out.println("x = " + x + " y = " + y);
break;
}
}
}
}
這是因爲存在着指令重排序的問題，編譯器和處理器會對指令進行優化而出現重排序的情況。
在單線程的情況下沒有影響，但在多線程情況下可能會產生影響。
java使用volatile關鍵字解決了指令的重排序問題，volatile的底層使用了內存屏障。針對跨處理器的讀寫操作，它被插入到兩個指令之間，作用是禁止編譯器和處理器重排序。
至此， 可見性、原子性、有序性的問題得到了解決。