Java變數的可見性問題實例分析

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) { } 會強制刷新主記憶體的變數值到線程堆疊?

# 2 //System.out.println("1"); println 是synchronized 的,會強制刷新主記憶體的變數值到線程堆疊?

3 //sleep 會從新load主記憶體的值?

// 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; //設定is為false，使上面的執行緒結束while迴圈

}

}).start();

}

}

問： 為什麼整個程式不會終止？為什麼取消註解中的任何一個程式碼區塊(1，2，3)，程式才會終止？ synchronized 會強制刷新住記憶體的變數值到執行緒堆疊? sleep 會做什麼呢？

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後操作，並在工作內存修改後立即寫回主存，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，所以在同步區塊中發生的變化會立刻寫回主記憶體

sleep：此方法只會讓出CPU執行時間，並不會釋放鎖定。

問題分析

Q1：為什麼註解程式碼後程式不會終止？

A1：因為boolean is=true 的變數值被前面線程（簡稱線程A）加載到自己的工作內存，在後面的線程（簡稱線程B）改變boolean is=false 之後不一定會立刻寫入主存(不過這題中應該會馬上寫入主存，因為線程執行完is=false之後線程就要退出了)，即使立馬寫入了主存後線程A也不一定馬上load到工作內存中，所以程序一直不會終止？這是我們大多數人想到的，但其實JVM針對現在的硬體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，相當於默認使用了volatile。但只是最大程度！在CPU資源一直被佔用的時候，工作記憶體與主記憶體中間的同步，也就是變數的可見度就會比較不及時！後面會驗證結論。

Q2：為什麼取消註解中的任何一個程式碼區塊(1，2，3)，程式才會終止？

A2：行號為1、2的程式碼有一個共同特點，就是都涉及到了synchronized 同步鎖，那麼是否像提問作者猜想的那樣synchronized會強制刷新主記憶體的變數值到線程棧？ ，以及sleep方法也會刷新主存的變數值到執行緒棧呢？ ，事實上我們前面說了synchronized只會保證在同步區塊中的變數的可見性，而is變數並不在該同步區塊中，所以顯然不是這個導致的。接下來我們在程式碼i ;後面加上以下程式碼：

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

new Object();

}

再Run，程式立刻終止！為什麼？在上面的A1 中我們已經說了即便有JVM的優化，但當CPU一直被佔用的時候，資料的可見性得不到很好的保證，就像上面的程式一直循環做i ;運算佔用CPU，而為什麼加上上面的程式碼後程式就會停止呢？因為對於大量new Object()操作來說，CPU已經不是主要佔時間的操作，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空閒後會遵循JVM優化基準，盡可能快的保證資料的可見性，從而從主存同步is變數到工作內存，最終導致程序結束，這也是為什麼sleep()方法雖然沒有涉及同步操作，但是依然可以使程式終止，因為sleep()方法會釋放CPU，但不會釋放鎖定！

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