執行緒安全有三大特性：原子性，可見性，有序性，只有三大特性都滿足的時候才能保證執行緒安全，三大特性詳細描述如下：

1，原子性：通常是指程式碼執行的效果，要麼全部執行成功，要麼全部失敗；

2，可見性：執行緒中的本地記憶體中的變數值，應該立即同步到主記憶體中，讓其他執行緒可見；

3，有序性：保證程式碼執行的序列性；

java中的原子性操作主要是使用sun.misc.Unsafe包下的compareAndSwap方法實現，這是sun包下native方法，使用c++程式碼實現，在CPU層級來 保證底層指令的原子性，或者使用加鎖的方式！

可見性無法保證主要是因為，記憶體的存取速度跟CPU相比存在差距，所以在CPU和主記憶體之間，引入了快取（執行緒本地記憶體）的概念，來增加CPU 的計算效能，副作用就是導致執行緒操作共享資料時，無法保證中間資料是最新的（有可能還在別的執行緒的本地記憶體彙總）！

有序性無法保證是因為基於效能的考慮，編譯器和處理器會對操作指令進行重排序，在單執行緒之中不存在問題，但如果是多執行緒就可能存在 判斷錯誤的情況！

編譯器的重排序也是規則的，java中先天的有序性組成了happens-before原則，如果happens-before原則不能推匯出指令的執行次序，則指令 就不是有序的，happens-before八大原則為：程式次序規則（單執行緒中的順序性，多執行緒無法保證），鎖定規則（同一個鎖先解鎖，後加鎖） ，volatile變數規則（先寫後讀），傳遞規則（類似A早於B，B早於C，則A早於C），執行緒啟動原則（start方法是執行緒最先執行的方法），執行緒 中斷規則，執行緒終結規則，物件終結規則！happens-before八大原則規定了指令執行的有序性

由此可以看出，執行緒不安全的原因十有八九都是追求效能惹的禍！

通常程式碼在滿足三大特性的時候，就能保證執行緒安全，java中保證執行緒安全的方式有很多，包括加鎖和不加鎖，下面來逐一談下：

1，加鎖：比如synchronized（JDK中自帶的關鍵字，JMM規定獲取鎖的時候，必須清空工作記憶體中的變數值，保證需要 獲取變數的時候，只能從主記憶體中獲取；釋放鎖的時候，必須把最新值寫入到主記憶體中，這樣來保證資料的可見性和原子性）！

還有基於AQS實現的reentrantLock，ReentrantReadWriteLock等都是加鎖！

2，不加鎖：

①，使用volatile+CAS操作，volatile使用記憶體屏障來保證變數的可見性和指令有序性，CAS保證原子性，最終實現執行緒安全，在jdk中Atomic 打頭的幾個類，都是用了這種方式，實現執行緒安全！如下圖：

②，使用ThreadLocal，每個執行緒都維護一份資料到自己的本地記憶體中，相當於沒有共享資源的競爭，所以也不會有執行緒安全問題；

首先需要了解，為什麼會有「可見性」和「時序性」問題，然後我們來看Java是如何解決這兩個問題的。

導致「可見性」和「時序性」問題的原因有如下幾個：

搶佔式任務執行：現代CPU執行多工方式是「搶佔式」，它的總控制權在作業系統手中，作業系統會輪流給需要CPU執行的任務分配執行時間片，超過時間後，作業系統會剝奪當前任務的 CPU 使用權，把它排在佇列的最後，最後分配時間片……

儲存速度差異：各儲存執行速度的不同，離CPU越近，儲存速度越快，相對的容量就越小。執行程式所需要的資料不可能一次性全部都載入到暫存器中，所以有load與store的過程，影響了所謂的「可見性」

指令重排：大多數現代微處理器都會採用將指令亂序執行（out-of-order execution，簡稱OoOE或OOE）的方法，在條件允許的情況下，直接運行當前有能力立即執行的後續指令，避開獲取下一條指令所需資料時造成的等待。透過亂序執行的技術，處理器可以大大提高執行效率。除了處理器，常見的Java執行時環境的JIT編譯器也會做指令重排序操作，即生成的機器指令與位元組碼指令順序不一致。

解決思路很簡單，就是把多執行緒強制單執行緒執行。

解決方法無非兩種：

記憶體屏障

鎖

先看下JVM的記憶體模型，我們基於這個模型來簡單說明下

記憶體屏障在Java中透過volatile關鍵字型現。volatile會在適當的地方新增下面四種記憶體屏障。

LoadLoad屏障：對於這樣的語句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及後續讀取操作要讀取的資料被訪問前，保證Load1要讀取的資料被讀取完畢。

StoreStore屏障：對於這樣的語句Store1; StoreStore; Store2，在Store2及後續寫入操作執行前，保證Store1的寫入操作對其它處理器可見。

LoadStore屏障：對於這樣的語句Load1; LoadStore; Store2，在Store2及後續寫入操作被刷出前，保證Load1要讀取的資料被讀取完畢。

StoreLoad屏障：對於這樣的語句Store1; StoreLoad; Load2，在Load2及後續所有讀取操作執行前，保證Store1的寫入對所有處理器可見。它的開銷是四種屏障中最大的。在大多數處理器的實現中，這個屏障是個萬能屏障，兼具其它三種記憶體屏障的功能。

記憶體屏障只保證可見性，不保證時序性。也就是說記憶體屏障只是解決了執行緒A修改的內容能立刻被執行緒B讀到。

Java中鎖按性質分可以分悲觀鎖和樂觀鎖。悲觀鎖基於鎖指令實現，樂觀鎖基於CAS實現。

透過monitorenter和monitorexit兩個指令實現悲觀鎖，這兩個指令之間的指令不得重排，且獨佔。假設執行緒A和執行緒B同時執行一段程式碼，執行緒A先透過monitorenter獲取到了鎖，那麼線上程A執行monitorexit之前，執行緒B都只能等待。

CAS即CompareAndSet，Java透過自旋以及CPU層級的指令實現。具體可參考JUC實現。假設有一個變數c，初始值為3。執行緒A和執行緒B同時修改這個變數，A，B都同時獲取到了變數c的值，A首先進行修改，將值改成了4。B嘗試修改，但是發現c的值現在是4而不是3，所以進行自旋等待，然後重新執行修改操作，將4改成了5。

最後說下ThreadLocal。ThreadLocal即本地執行緒變數，也就是將公共的變數直接拿到執行緒內使用，其中的修改對外不影響。談不上解決了「可見性」和「時序性」。只是保證了當前執行緒內的修改不影響其它執行緒，其它執行緒的修改也不影響當前執行緒。