并发编程Bug的源头

并发编程简史面对的问题弥补速度差异的方式 并发编程问题三个核心问题可见性问题原子性问题有序性问题

并发编程简史

面对的问题

CPU、内存、I/O设备之间速度存在差异

弥补速度差异的方式

CPU增加缓存——均衡内存与CPU之间的速度差异操作系统增加进程、线程——分时复用CPU，进而均衡CPU与I/O设备的速度差异（当进程在请求I/O资源时，进程挂起，其他进程使用CPU资源——因线程更为轻量，现在提到的“”任务切换”，主要是指“线程切换”）编译程序优化指令执行次序——使得缓存能够得到更加合理地使用

并发编程问题

三个核心问题

可见性问题原子性问题有序性问题

可见性问题

诱因： CPU缓存 + 多核CPU解释： 为了弥补CPU与内存之间的速度差异，在CPU中添加缓存，以提升CPU的效率问题：造成了同一逻辑资源在不同CPU中值不同，CPU缓存之间、甚至内存之间同一逻辑资源同一时刻有多个值

原子性问题

诱因：分时复用解释：因为CPU的运行速度远高于I/O的访问速度，所以当进程需要调用I/O资源的时候会被挂起，等待请求的外部数据返回，并将CPU资源让渡给其他进程，以提高CPU资源的利用率问题：原本一个进程在运行结束前始终占有资源，但引入时间片的理念之后，一个进程在多次挂起、唤醒之后才能完成原本一次性执行的事情，破坏了线程的原子性，在此期间，上一个线程使用的资源会被其他进程使用（java并发程序都是基于多线程的）

有序性问题

诱因： 编译优化解释：为了优化性能，编译器会改变程序中语句的先后顺序问题：使用java编写的程序中的一条语句，在编译器看来可能是多条命令的集合，编译器保证了一条java语句执行的最终实现，但在并发情况下，线程间在一条java语句中也会产生影响，编译器的编译优化原则反而使情况更为混乱示例：（java编程中利用双重检查创建单里对象） public class Singleton { static Singleton instance; static Singleton getInstance(){ if (instance == null) { synchronized(Singleton.class) { if (instance == null) instance = new Singleton(); } } return instance; } }

理想的new操作执行顺序：

分配一块内存 M在内存M上初始化 Singleton 对象将 M 的地址赋值给 instance 变量

实际的new操作执行顺序：

分配一块内存 M将 M 的地址赋值给 instance 变量在内存M上初始化 Singleton 对象

可能的场景：

当线程A在new的过程中，执行完了优化后的第2个步骤后，恰好发生了线程切换（同时包含原子性被破坏的问题 和 不同CPU间资源不可见的问题） 线程B运行到第一个instace的判空操作时，instance已经指向了M的地址，不会进入创建程序 此时线程B访问instance，会抛出空指针异常