Java變量的可見性問題實例分析

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問題：synchorized,sleep 也能達到volatile 線程可見性的目的?,大致的問題描述如下：

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) { } 會強制刷新主內存的變量值到線程棧?

2 //System.out.println("1"); println 是synchronized 的,會強制刷新主內存的變量值到線程棧?

3 //sleep 會從新load主內存的值?

// 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; //設置is為false，使上面的線程結束while循環

}

}).start();

}

}

問： 為什么整個程序不會終止？ 為什么取消注釋中的任何一個代碼塊(1，2，3)，程序才會終止？synchronized 會強制刷新住內存的變量值到線程棧? sleep 會干什么呢？

涉及知識解釋

volatile：此關鍵字保證了變量在線程的可見性，所有線程訪問由volatile修飾的變量，都必須從主存中讀取后操作，并在工作內存修改后立即寫回主存，保證了其他線程的可見性，同樣效果的關鍵字還有final。

synchronized：所有同步操作都必須保證 1、原子性 2、可見性，所以在同步塊中發生的變化會立馬寫回主存

sleep：此方法只會讓出CPU執行時間，并不會釋放鎖。

問題分析

Q1：為什么注釋代碼后程序不會終止？

A1：因為 boolean is=true 的變量值被前面線程（簡稱線程A）加載到自己的工作內存，在后面的線程（簡稱線程B）改變 boolean is=false 之后不一定會立馬寫入主存(不過這道題中應該會馬上寫入主存，因為線程執行完 is=false之后線程就要退出了)，即便立馬寫入了主存后線程A也不一定馬上load到工作內存中，所以程序一直不會終止？這個是我們大多數人想到的，但其實JVM針對現在的硬件水平已經做了很大程度的優化，基本上很大程度的保障了工作內存和主內存的及時同步，相當于默認使用了volatile。但只是最大程度！在CPU資源一直被占用的時候，工作內存與主內存中間的同步，也就是變量的可見性就會不那么及時！后面會驗證結論。

Q2：為什么取消注釋中的任何一個代碼塊(1，2，3)，程序才會終止？

A2：行號為1、2的代碼有一個共同特點，就是都涉及到了synchronized 同步鎖，那么是否像提問作者猜想的那樣synchronized會強制刷新主內存的變量值到線程棧？，以及sleep方法也會刷新主存的變量值到線程棧呢？，事實上我們前面說了synchronized只會保證在同步塊中的變量的可見性，而is變量并不在該同步塊中，所以顯然不是這個導致的。接下來我們在代碼i++;后面加上以下代碼：

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

new Object();

}

再Run，程序立刻終止！為什么？在上面的 A1 中我們已經說了即便有JVM的優化，但當CPU一直被占用的時候，數據的可見性得不到很好的保證，就像上面的程序一直循環做i++;運算占用CPU，而為什么加上上面的代碼后程序就會停止呢？因為對于大量new Object()操作來說，CPU已經不是主要占時間的操作，真正的耗時應該在內存的分配上（因為CPU的處理速度明顯快過內存，不然也不會有CPU的寄存器了），所以CPU空閑后會遵循JVM優化基準，盡可能快的保證數據的可見性，從而從主存同步is變量到工作內存，最終導致程序結束，這也是為什么sleep()方法雖然沒有涉及同步操作，但是依然可以使程序終止，因為sleep()方法會釋放CPU，但不釋放鎖！

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