趣谈Java变量的可见性问题

了解过多线程的我们,对synchorized,sleep和valatile都比较了解,但是当这三个名词和“Java变量得可见性”的话题联系在一起不知道大家是否还可以保持大脑清晰???

最近看到一个关于Java变量可见性的问题,感觉比较新鲜就查了一些资料,下面分享给大家:

首先给大家看一段关于多线程的执行代码:

  1. package com.test;
  2. import java.util.concurrent.TimeUnit;
  3. public class test1 {
  4. private static boolean is = true;
  5. public static void main(String[] args) {
  6. new Thread(new Runnable() {
  7. @Override
  8. public void run() {
  9. int i = 0;
  10. while(test1.is){
  11. i++;
  12. 1 //synchronized (this) { } 会强制刷新主内存的变量值到线程栈?
  13. 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?
  14. 3 //sleep 会从新load主内存的值?
  15. //    try {
  16. //       TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(1);
  17. //   }catch (InterruptedException e) {
  18. //      e.printStackTrace();
  19. //   }
  20. }
  21. }
  22. }).start();
  23. try {
  24. TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
  25. } catch (InterruptedException e) {
  26. e.printStackTrace();
  27. }
  28. new Thread(new Runnable() {
  29. @Override
  30. public void run() {
  31. is = false;  //设置is为false,使上面的线程结束while循环
  32. }
  33. }).start();
  34. }
  35. }

在运行当前代码时,我们会发现程序可以正常运行,但是如果取消注释行(1-3)中的任意一行,程序都会终止,我们不免产生疑问:为什么?synchronized会强制刷新主内存的变量值到线程栈??那么sleep是干嘛的?

下面一起来解决代码执行过程中产生的问题:

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意一个代码块(1,2,3)程序就会终止??

A2:行号为1,2的代码有一个共同点:都涉及到了synchronized同步锁,那么是否会像小编在文章开始时产生的质疑“synchronized会强制刷新主内存的变量值到线程栈”?或者说是sleep方法会刷新主存的变量值到线程栈吗?

事实上,我们都知道synchronized只会保证在同步块中的变量的可变性,而is变量并不在该同步块中,所以显然不是这个导致的;那么我们可以尝试在“i++” 的代码后面加上下面的代码:

  1. for(int k=0;k<100000;k++){
  2. new Object();
  3. }

这时,我们重新运行程序,程序会立刻终止,这又是为什么?

因为我们知道当CPU在被占用的时候,数据的可见性得不到很好的保证。就像上面的例子中,没有添加代码之前,程序会一直循环做i++操作,所以CPU会被运算占用;而对于大量的new Object()操作来说,CPU已经不是主要站时间的操作,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,从而从主存将is变量同步到工作内存中,最终导致程序的结束,这也就是sleep()方法虽然没有涉及到同步操作,却依然可以让程序终止的原因,因为sleep()方法会释放CPU,但并不会释放锁;

后记

➷  知识扩展:

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;

➷ 寄语

技术在于不断的发现和总结,我们需要将自己输入的知识进行整理后输出,这样才能对输入的知识更好的理解;以上纯属个人理解,如有错误,请大家指正;

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