多个线程操作相同变量时存在两个问题

一、竞态条件

当多个线程访问和操作同一个对象时，最终执行结果与执行时序有关，可能正确也可能不正确。

比如一个static int counter在多个线程中++时，每次输出的结果都不一样。因为counter++这个操作不是原子操作，它分为三个步骤：

1. 取counter的当前值；
2. 在当前值基础上加1；
3. 将新值重新赋值给counter。

两个线程可能同时执行第一步，取到了相同的counter值，比如都取到了100，第一个线程执行完后counter变为101，而第二个线程执行完后还是101，最终的结果就与期望不符。

二、内存可见性

多个线程可以共享访问和操作相同的变量，但一个线程对一个共享变量的修改，另一个线程不一定马上就能看到，甚至永远也看不到。

public class VisibilityDemo {
	private static boolean shutdown = false;

	static class HelloThread extends Thread {
		@Override
		public void run() {
        	while(! shutdown){
         	   // do nothing
        	}
        	System.out.println("exit hello");
    	}
	}
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    	new HelloThread().start();
    	Thread.sleep(1000);
    	shutdown = true;
    	System.out.println("exit main");
	}
}

在这个程序中，有一个共享的boolean变量shutdown，初始为false, HelloThread在shutdown不为true的情况下一直死循环，当shutdown为true时退出并输出"exit hello",main线程启动HelloThread后休息了一会儿，然后设置shutdown为true，最后输出"exit main"。

期望的结果是两个线程都退出，但实际执行时，很可能会发现HelloThread永远都不会退出，也就是说，在HelloThread执行流看来，shutdown永远为false，即使main线程已经更改为了true。

这是怎么回事呢？

这就是内存可见性问题。在计算机系统中，除了内存，数据还会被缓存在CPU的寄存器以及各级缓存中，当访问一个变量时，可能直接从寄存器或CPU缓存中获取，而不一定到内存中去取，当修改一个变量时，也可能是先写到缓存中，稍后才会同步更新到内存中。在单线程的程序中，这一般不是问题，但在多线程的程序中，尤其是在有多CPU的情况下，这就是严重的问题。一个线程对内存的修改，另一个线程看不到，一是修改没有及时同步到内存，二是另一个线程根本就没从内存读。