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目录

 一 可见性

二 原子性

三 有序性

四 volatile原理

1 如何保证可见性

2 如何保证有序性

3 无法解决指令交错（无法保证原子性）

4 双重检查锁（double-checked locking）

5 happens-before

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总体概括

特性	含义	如何保障
原子性	一个或多个操作要么全部执行成功，要么全部失败	synchronized、AtomicInteger 等
可见性	一个线程对共享变量的修改，其他线程能看到	volatile、synchronized、final
有序性	程序执行顺序与代码顺序一致	volatile、synchronized、Lock

 一 可见性

1 问题

代码展示：

package day01.neicun;public class example1 {static boolean flag = true;public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(() -> {while (flag) {}});t1.start();// 这里释放休眠，防止t1线程还未执行就被主线程给修改变量try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}flag = false;}
}

2 解决

• 1 volatile易变关键字

它可以用来修饰成员变量和静态成员变量，可以避免线程从自己的工作缓存当中查找变量的值，必须到主存当中获取他的值，线程操作volatile变量都是直接操作主存。

线程不会再从缓存当中获取volatile的值，而是从主存当中获取，效率会有所下降，但是保证了共享变量在多个线程之间的可见性。

public class example1 {volatile static boolean flag = true;public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(() -> {while (flag) {}});t1.start();// 这里释放休眠，防止t1线程还未执行就被主线程给修改变量try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}flag = false;}
}

• 2 使用synchroized

加锁（如 synchronized 或 ReentrantLock）会强制线程从主内存中读取变量的最新值，而不是从本地缓存（工作内存）中读取。这是 Java 内存模型（JMM）保证可见性的核心机制之一。

package day01.neicun;public class example1 {static boolean flag = true;// 锁对象final static Object obj = new Object();public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(() -> {//这里会在执行完判断后将锁释放，那修改变量的同步代码块就可以运行了while (true) {synchronized (obj) {if (flag) {break;}}}});t1.start();// 这里释放休眠，防止t1线程还未执行就被主线程给修改变量try {Thread.sleep(1000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}synchronized (obj){flag = false;}}
}

二 原子性

机制	原理	适用场景	特点
synchronized	互斥锁	需要保护临界区代码块或方法	JVM内置，简单易用，可能阻塞
显式锁 (Lock)	更灵活的互斥锁	需要高级锁特性（可中断、公平等）	更灵活，需手动释放锁
原子类	CAS + volatile	对单个变量进行原子操作	无锁，高性能
不可变对象	状态不可修改	共享只读数据	无同步开销，最安全

三 有序性

有序性是指：程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。

1 指令重排

指令重排（Instruction Reordering）是现代CPU和编译器为了提高程序执行效率而采用的关键优化技术。它通过重新排列指令的执行顺序来最大化利用CPU资源，但可能引发多线程环境下的可见性问题。

现代处理器会设计为一个时钟周期完成一条执行时间最长的CPU指令。

1 使用volatile的情况

public class ConcurrencyTest {int num = 0;volatile boolean ready = false;public void actor1(I_Result r) {if (ready) { // 读取 volatile 变量，确保看到最新的值r.r1 = num + num;} else {r.r1 = 1;}}public void actor2(I_Result r) {num = 2; // 写操作ready = true; // 写 volatile 变量，确保前面的操作已完成}
}

四 volatile原理

volatile 关键字的底层原理是 内存屏障（Memory Barriers） 机制。

volatile 解决的是 "一个线程写，其他线程读" 时的有序性和可见性问题，而解决 "多个线程同时写" 需要更强的同步机制。

• 对volatile变量的写指令后会加入写屏障
• 对volatile变量的读指令前会加入读屏障

总的来说写屏障保障之前的写and重排，读屏障保障之后的读and重排

1 如何保证可见性

• 写屏障保证在该屏障之前的，对变量的改动都同步到主存当中。

• 读屏障保证在该屏障之后对变量的读取，加载的是主存中的最新数据。

2 如何保证有序性

• 写屏障会确保指令重排序时，不会将屏障之前的代码排在写屏障之后。

• 读屏障会确保指令重排序时，不会将屏障之后的代码排在读屏障之前。

3 无法解决指令交错（无法保证原子性）

volatile 解决的是 "一个线程写，其他线程读" 时的有序性和可见性问题，而解决 "多个线程同时写" 需要更强的同步机制（结合锁机制确保）。

• 写屏障仅仅是保证之后的读取能读取到最新的结果，但是不能保证读跑到他前面去。
• 而有序性的保证也只是保证了本线程内相关代码不被重排序。

4 双重检查锁

双重检查锁（double-checked locking）的核心目的---以单例为例

1. 双重检查的作用

双重检查锁（Double-Checked Locking）的核心目的是：

• 性能优化：第一次检查避免不必要的同步开销。
• 线程安全：第二次检查确保在同步块内只有一个线程能创建实例。

代码示例：

public final class Singleton {// 1. volatile 修饰的静态实例private static volatile Singleton instance;// 2. 私有构造函数private Singleton() {}// 3. 双重检查的获取实例方法public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {                  // 第一次检查（无锁）synchronized (Singleton.class) {     // 同步块if (instance == null) {          // 第二次检查（有锁）instance = new Singleton();  // 创建实例}}}return instance;}
}

一些知识点

1. final 修饰类的原因
   防止子类化破坏单例性，确保全局唯一性。

2. 实例变量 private 的原因
   强制通过工厂方法访问，防止外部直接修改实例状态。（private为类内部）

3. 实例变量 volatile 的原因
   禁止指令重排序（解决部分构造问题），保证跨线程可见性。

4. 构造函数 private 的原因
   禁止外部实例化，确保单例控制权唯一。

5. 两次 null 判断的原因
   首次检查（无锁）避免性能开销；二次检查（同步块内）防止重复创建。

6. 类对象加锁的原因
   类锁保证全局唯一性，且独立于实例生命周期，避免死锁风险。

7. 类的实现目的
   实现高性能线程安全单例：延迟加载、双重检查锁定、全局唯一实例访问。

破坏单例模式

1 反射方式

通过反射强行调用私有构造函数（setAccessible(true)），绕过单例的静态实例控制逻辑，直接创建新对象。

2 反序列化

反序列化时，ObjectInputStream 默认通过反射调用无参构造器新建对象，而非返回单例的静态实例。

普通方式解决

package day01.vola;import java.io.Serial;
import java.io.Serializable;public final class Singleton implements Serializable {// 1. volatile 修饰的静态实例private static volatile Singleton instance;// 2. 私有构造函数private Singleton() {// 防止反射破坏单例if (instance != null) {throw new RuntimeException("单例类禁止通过反射创建实例！");}}// 3. 双重检查的获取实例方法public static Singleton getInstance() {if (instance == null) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton();}}}return instance;}// 4. 防止反序列化破坏单例@Serialprivate Object readResolve(){return instance;}
}

枚举方式解决

为何可以实现单例并解决反序列化和反射而导致的问题

1. 实例数量固定：枚举在编译期确定所有实例，运行时无法创建新实例

2. 类加载机制：枚举实例在首次访问时由 JVM 静态初始化（线程安全）

3. JVM 底层保障：

   • 禁止反射创建枚举实例（Constructor.newInstance() 直接抛出异常）

   • 特殊序列化机制（仅存储枚举名，反序列化通过 Enum.valueOf() 还原）

4. 语法限制：

   • 枚举构造器强制私有化

   • 不能显式实例化（编译器阻止 new 操作）

代码实现：

package day01.vola;public enum Single {// 唯一单例实例（名称可自定义）INSTANCE;// 单例状态字段（自动线程安全）private int requestCount = 0;// 单例业务方法public void handleRequest() {requestCount++;System.out.println("Handled request #" + requestCount);}// 可添加静态业务方法public static void warmUp() {System.out.println("Singleton initialized");}
}

静态内部类实现单例

5 happens-before

happens-before规定了对共享变量的写操作对其他线程的读操作可见，他是可见性与有序性的一套规则总结。

 八大规则

规则	示例	作用
程序顺序规则	x=1; y=2; → x 先于 y	单线程操作顺序保留
监视器锁规则	解锁 → 后续加锁	synchronized 可见性保证
volatile规则	写 volatile → 后续读	禁止重排序 + 跨线程可见
线程启动规则	thread.start() → 线程内操作	父线程配置对子线程可见
线程终止规则	线程结束 → thread.join()	子线程操作对父线程可见
传递性规则	A→B 且 B→C ⇒ A→C	跨操作链式可见
中断规则	interrupt() → 检测到中断	中断信号可靠传递
finalize规则	构造结束 → finalize()	对象完整构造后才回收