并发可能会引起数据污染究竟是为什么呢(并发导致数据错误)

导语：并发可能会引起数据污染究竟是为什么？

java并发程序都是基于多线程，操作系统为了充分利用CPU的资源，将CPU分成若干个时间片,线程会被操作系统调度进行任务切换，达到最大限度的利用CPU空闲时间。

多线程编程虽然可以最大限度的利用CPU，但也突显了三个问题：原子性问题，可见性问题，有序性问题。这三个问题导致数据与期望的不一致，也就是脏数据的由来。

原子性

原子性指的是一个或者多个操作在CPU执行过程中不被中断的特性。即要不全部执行完成，要不不执行。

请看上面的代码块，我们来分析下操作2：

指令1：把变量a从内存加载到CPU寄存器中；指令2：在寄存器中执行+1操作；指令3：将结果写入内存。

通过上面的三步指令操作，完成了“a++”的操作。

假设线程A在完成“指令1”后切换到线程B，线程B完成操作2后切换到线程A，A继续完成指令2和指令3的步骤，我们发现两个线程都执行了“a++”的操作，但是结果却不是我们期望的2，而是1。

这就是原子性的问题，为了解决这个问题，我们需要用到互斥来使操作变为原子性。方法为：使用锁或者使用原子函数。

可见性

可见性指的是当一个线程修改了共享变量后，其他线程能够立即得到修改的值。

同样是上图中的代码块，我们做下规定:操作1和操作2是线程A执行的代码；操作3是线程B执行的代码。

假设执行线程A的是CPU1，执行线程B的是CPU2。当线程A执行“a++”这句的时候，会先把a的初始值加载到CPU1的寄存器中，然后自增1，那么CPU1中的寄存器中a的值变为1，却没有立即写入内存中。

此时线程B执行操作3“b=a”代码，它会去内存中读取a的值，此时内存中i的值还是0，那么完成操作3后，b的值为0，而不是1。

这就是可见性的问题，线程A对变量a修改后，线程B没有立即看到线程A修改的值。为了解决这个问题，我们设置变量为volatile可见性。volatile的特殊规则保证了新值能立即同步到内存中，已经没使用前立即从内存刷新数据。

有序性

有序性指的是程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

一般来说，处理器为了提高程序的的运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个操作语句的执行先后数据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结果的一致性。

比如上图所示，两种顺序都有可能发生，不过不会影响代码执行结果的一致性，因为重排序会考虑指令之间的依赖，所以不会出现操作3，在操作4后面的情况。

虽然重排序不会影响单个线程内程序的执行结果，但是多线程呢？

上图代码块中，由于操作1和操作2没有数据依赖，因此可能会被重排序。假如发生重排序，线程A执行过程中操作2发生在操作1之前，而此时线程B以为初始化工作完成，那么就会跳出while循环，去执行doSomething(context)方法，而此时context并没有被初始化，就会导致程序出错。

为了解决这个问题，我们可以使用synchronized和volatile来保证多线程之间操作的有序性。volatile关键字会禁止指令重排；synchronized关键字保证同一时刻只允许一条线程操作。

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