并发前置知识二：多线程不安全的本质

一、前言

这些年，我们的cpu、内存和i/o设备都在不断迭代，不断朝着更快的方向努力。但是，在这个快速发展的过程中，有一个核心矛盾一直存在，就是这三者的速度。

cpu是天上1天，内存是地上1年
cpu是天上1天，io是地上10年

为了合理利用cpu的高性能，平衡这三者的速度差异，计算机系结构、操作系统、编译程序都做出了贡献，主要体现为：

cpu加了缓存，以均衡与内存的速度差异
操作系统增加了进程、线程，以时分复用cpu，进而均衡cpu与i/o设备的速度差异
编译程序优化指令执行次序，使得缓存能够更加合理的利用

二、造成的问题

1.缓存导致的可见性问题

在多核cpu时代，每个cpu都有自己的缓存，cpu1对于缓存的操作对于cpu2是不可见的，所以当cpu2对某一个值处理时，是不知道别的cpu对它的更改的，所以会有可见性问题

2.线程切换带来的原子性问题

java并发程序是基于多线程的，多线程自然就涉及任务切换，比如一条 count+1=1, 至少需要三条cpu指令

指令1: 首先，需要把变量count从内存加载到CPU的寄存器
指令2: 之后，在寄存器中执行+1的操作
指令3: 最后，把结果写入到内存中（缓存机制导致可能写入的是cpu缓存而不是内存）

cpu保证的是cpu指令是原子的，但是高级语言的指令不会是原子操作。一条高级语言的操作往往对于多条cpu指令，如果想解决这种原子性的问题，大多要使用🔒。

3.编译优化带来的有序性问题

通过一个双重检查创建单例对象来说明这个编译优化带来的问题：

public class Singletion{
  static Singleton instance;
  static Singletion getInstance(){
      if (instance == null ){
          synchronized(Singleton.class){
              if(instance == null)
                  instance = new Singletion();
          }
      }
  }
}

我们理想的情况是：

线程A和线程B同时执行getInstance方法，线程A先进入获取到锁之后，然后开始创建Singleton对象，线程B后来进入，没有拿到锁，然后阻塞起来。
等线程A创建完对象，释放锁之后线程B 判断 instance== null时发现，已经创建过来，就不会再创建了

but：这里问题出现在了 newSingleton上，new Singleton会出现先释放引用，然后再分配内存的指令重排序，如果刚好在这个时候，内存还没来的分配好，就发生了线程切换，线程B 判断instance == null 为false，就返回了，但是真正去获取成员变量的时候，就会发生空指针，因为成员变量内存还没有分配好。