面试题：什么是 Java 中的原子性、可见性和有序性？

在 Java 并发编程中，原子性（Atomicity）、可见性（Visibility）和有序性（Ordering） 是 Java 内存模型（Java Memory Model, 简称 JMM）中保障多线程程序正确执行的三大核心特性。它们分别解决并发中的三类关键问题：操作的完整性、变量的可见性和执行顺序的可控性。

一、原子性（Atomicity）

定义：

原子性是指一个操作是不可中断的，要么全部执行成功，要么全部不执行，不会在执行过程中被其他线程打断。

示例：

在 Java 中，像 int i = 1; 这种基本赋值操作是原子性的。但像 i++ 这种复合操作（读取、加1、写入）就不是原子的，因为它由多个步骤组成。

int i = 0;
i++; // 不是原子操作，包含三个步骤：读取i、加1、写入i

如何保证？

使用 synchronized 关键字
使用 java.util.concurrent.atomic 包下的原子类（如 AtomicInteger、AtomicLong）
使用 Lock（如 ReentrantLock）

二、可见性（Visibility）

定义：

可见性是指当一个线程修改了共享变量的值，其他线程能够立即看到这个修改。

为什么会出现不可见？

因为每个线程都有自己的工作内存（缓存），线程对变量的操作通常是在工作内存中进行的，而不是直接操作主内存。如果没有同步机制，其他线程可能读取到的是过期的值。

如何保证？

使用 volatile 关键字（强制读写主内存）
使用 synchronized（进入同步块前清空工作内存，退出时刷新到主内存）
使用 Lock（同上）
使用 java.util.concurrent 包下的并发工具类

三、有序性（Ordering）

定义：

有序性是指程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。但在并发环境下，编译器和处理器为了优化性能，可能会对指令进行重排序（Instruction Reordering），这在多线程下可能导致错误。

举例：

int a = 1;
int b = 2;

这两个赋值操作可能被重排序为：

int b = 2;
int a = 1;

虽然在单线程中不影响结果，但在多线程中可能会导致其他线程观察到不一致的状态。

如何保证？

使用 volatile（禁止指令重排序）
使用 synchronized（建立内存屏障）
使用 final 关键字（final变量在构造函数中赋值不会被重排序）
使用 java.util.concurrent 包中的并发工具

三者关系总结：

特性	作用	保证手段
原子性	操作不可中断，要么全做，要么全不做	`synchronized`、`AtomicInteger`、`ReentrantLock`
可见性	一个线程对共享变量的修改对其他线程可见	`volatile`、`synchronized`、`Lock`
有序性	禁止指令重排序，保证执行顺序	`volatile`、`synchronized`、`final`

实际应用示例

public class VisibilityExample {
    private volatile boolean flag = false;

    public void toggle() {
        flag = true; // volatile保证可见性和有序性
    }

    public void loop() {
        while (!flag) {
            // 等待flag变为true
        }
        System.out.println("Flag is true now.");
    }
}

在这个例子中，volatile 保证了：

可见性：一个线程修改了 flag，另一个线程能立即看到。
有序性：防止编译器/处理器对 flag = true 的赋值进行重排序。

总结

原子性：保证操作的完整性，防止中途被中断。
可见性：保证线程之间对共享变量状态的同步。
有序性：防止指令重排序导致的执行顺序混乱。

理解这三大特性是掌握 Java 并发编程的关键，它们共同构成了 Java 内存模型的基础，帮助开发者写出正确、高效、线程安全的程序。

THE END

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