一、原子性（Atomicity）

定义

一个操作要么全部执行成功，要么全部不执行，不会被线程切换打断。

举例

i++;

看似一行代码，其实包含 3 个步骤：

1. 读取 i
2. i + 1
3. 写回 i

在多线程下可能出现：

线程A 读取 0
线程B 读取 0
线程A 写回 1
线程B 写回 1

最终结果是 1，而不是 2 —— 这叫 竞态条件（Race Condition）

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如何保证原子性？

1. synchronized
2. Lock
3. AtomicInteger
4. CAS（Compare And Swap）

例如：

AtomicInteger i = new AtomicInteger(0);
i.incrementAndGet();

底层使用 CAS + 自旋 保证原子性。

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二、可见性（Visibility）

定义

一个线程对共享变量的修改，其他线程能够立即看到。

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为什么会出现可见性问题？

因为 Java 内存模型（JMM）：

• 线程有自己的 工作内存
• 共享变量在 主内存

线程操作流程：

主内存 → 工作内存 → 运算 → 写回主内存

如果线程A修改变量，但没及时刷新到主内存，线程B就看不到。

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典型问题

boolean flag = true;

Thread A:
while(flag) {
}

Thread B:
flag = false;

可能死循环！

因为线程A可能一直用自己的缓存。

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如何保证可见性？

1. volatile

volatile boolean flag = true;

作用：

• 保证可见性
• 禁止指令重排序（部分）

但不保证原子性！

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2. synchronized

• 解锁前必须刷新主内存
• 加锁时必须读取主内存

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三、有序性（Ordering）

定义

程序执行顺序按照代码顺序执行。

问题是：CPU 和 JVM 会进行指令重排序优化。

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指令重排序的三种情况

1. 编译器优化重排
2. CPU 指令重排
3. 内存系统重排

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举个经典例子（单例 DCL）

instance = new Singleton();

这行代码可能会被重排成：

1. 分配内存
2. 指向内存
3. 初始化对象

如果发生 1 → 3 → 2 重排

线程A执行到步骤2时，线程B可能拿到一个“未初始化完成的对象”。

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如何保证有序性？

volatile

• 插入 内存屏障（Memory Barrier）
• 禁止重排序

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三者对比总结

特性	解决问题	关键点	典型实现
原子性	操作不可被打断	整体执行	synchronized / CAS
可见性	修改能被其他线程看到	主内存同步	volatile
有序性	禁止重排序	内存屏障	volatile

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面试高频连问

1. volatile 保证原子性吗？

❌ 不保证
只保证 可见性 + 有序性

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2. synchronized 保证什么？

✅ 原子性
✅ 可见性
✅ 有序性

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3. volatile 和 synchronized 的本质区别？

volatile	synchronized
轻量级	重量级
不加锁	加锁
不能保证复合操作原子性	可以

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一句话理解

• 原子性：不能被“打断”
• 可见性：不能被“看不到”
• 有序性：不能被“乱序”

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