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关于Java变量的可见性问题

博文前提

最近在oschina问答板块看到了一个关于java变量在工作内存和主存中的可见性问题: synchorized,sleep 也能达到volatile 线程可见性的目的? ,大致的问题描述如下:

package com.test; import java.util.concurrent.TimeUnit;  public class test1 {      private static boolean is = true;     public static void main(String[] args) {         new Thread(new Runnable() {             @Override             public void run() {                 int i = 0;                 while(test1.is){                     i++;                     1 //synchronized (this) { } 会强制刷新主内存的变量值到线程栈?                    2 //System.out.println("1"); println 是synchronized 的,会强制刷新主内存的变量值到线程栈?                    3 //sleep 会从新load主内存的值?                       //    try {                      //       TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(1);                      //   }catch (InterruptedException e) {                      //      e.printStackTrace();                       //   }                 }              }         }).start();          try {             TimeUnit.SECONDS.sleep(1);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();               }         new Thread(new Runnable() {             @Override             public void run() {                 is = false;  //设置is为false,使上面的线程结束while循环             }         }).start();     } }

问: 为什么整个程序不会终止? 为什么取消注释中的任何一个代码块(1,2,3),程序才会终止?synchronized 会强制刷新住内存的变量值到线程栈? sleep 会干什么呢?

涉及知识解释

  • volatile:此关键字保证了变量在线程的可见性,所有线程访问由volatile修饰的变量,都必须从主存中读取后操作,并在工作内存修改后立即写回主存,保证了其他线程的可见性,同样效果的关键字还有final。
  • synchronized:所有同步操作都必须保证 1、原子性 2、可见性,所以在同步块中发生的变化会立马写回主存
  • sleep:此方法只会让出CPU执行时间,并不会释放锁。

问题分析

Q1:为什么注释代码后程序不会终止?

A1:因为 boolean is=true 的变量值被前面线程(简称线程A)加载到自己的工作内存,在后面的线程(简称线程B)改变 boolean is=false 之后不一定会立马写入主存(不过这道题中应该会马上写入主存,因为线程执行完 is=false之后线程就要退出了),即便立马写入了主存后线程A也不一定马上load到工作内存中,所以程序一直不会终止?这个是我们大多数人想到的,但其实JVM针对现在的硬件水平已经做了很大程度的优化,基本上很大程度的保障了工作内存和主内存的及时同步,相当于默认使用了volatile。但只是最大程度!在CPU资源一直被占用的时候,工作内存与主内存中间的同步,也就是变量的可见性就会不那么及时!后面会验证结论。

Q2:为什么取消注释中的任何一个代码块(1,2,3),程序才会终止?

A2:行号为1、2的代码有一个共同特点,就是都涉及到了synchronized 同步锁,那么是否像提问作者猜想的那样 synchronized会强制刷新主内存的变量值到线程栈?以及sleep方法也会刷新主存的变量值到线程栈呢? ,事实上我们前面说了synchronized只会保证在 同步块 中的变量的可见性,而 is 变量并不在该同步块中,所以显然不是这个导致的。接下来我们在代码 i++; 后面加上以下代码:

for(int k=0;k<100000;k++){     new Object(); }

再Run,程序立刻终止!为什么?在上面的 A1 中我们已经说了即便有JVM的优化,但当CPU一直被占用的时候,数据的可见性得不到很好的保证,就像上面的程序一直循环做 i++;运算 占用CPU,而为什么加上上面的代码后程序就会停止呢?因为对于大量new Object()操作来说,CPU已经不是主要占时间的操作,真正的耗时应该在内存的分配上 (因为CPU的处理速度明显快过内存,不然也不会有CPU的寄存器了) ,所以CPU空闲后会遵循JVM优化基准,尽可能快的保证数据的可见性,从而从主存同步is变量到工作内存,最终导致程序结束,这也是为什么 sleep() 方法虽然没有涉及同步操作,但是依然可以使程序终止,因为 sleep() 方法会释放CPU,但不释放锁!

结束

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