關於Java變數的可見度問題

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轉自：http://www.importnew.com/19434.html

博文前提

最近在oschina問答板塊看到了一個關於java變數在工作記憶體和主存中的可見度問題：synchorized,sleep 也能達到volatile 線程可見度的目的?,大致的問題描述如下：

123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839

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) { } 會強制重新整理主記憶體的變數值到線程棧?                   2 //System.out.println("1"); println 是synchronized 的,會強制重新整理主記憶體的變數值到線程棧?                   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，使上面的線程結束while迴圈            }        }).start();    }}

問： 為什麼整個程式不會終止？ 為什麼取消注釋中的任何一個代碼塊(1，2，3)，程式才會終止？synchronized 會強制重新整理住記憶體的變數值到線程棧? sleep 會幹什麼呢？

涉及知識解釋

• volatile：此關鍵字保證了變數線上程的可見度，所有線程訪問由volatile修飾的變數，都必須從主存中讀取後操作，並在工作記憶體修改後立即寫回主存，保證了其他線程的可見度，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、可見度，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，並不會釋放鎖。

問題分析

Q1：為什麼注釋代碼後程式不會終止？

A1：因為 boolean is=true 的變數值被前麵線程（簡稱線程A）載入到自己的工作記憶體，在後面的線程（簡稱線程B）改變 boolean is=false 之後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之後線程就要退出了)，即便立馬寫入了主存後線程A也不一定馬上load到工作記憶體中，所以程式一直不會終止？這個是我們大多數人想到的，但其實JVM針對現在的硬體水平已經做了很大程度的最佳化，基本上很大程度的保障了工作記憶體和主記憶體的及時同步，相當於預設使用了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不那麼及時！後面會驗證結論。

Q2：為什麼取消注釋中的任何一個代碼塊(1，2，3)，程式才會終止？

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，那麼是否像提問作者猜想的那樣synchronized會強制重新整理主記憶體的變數值到線程棧？，以及sleep方法也會重新整理主存的變數值到線程棧呢？，事實上我們前面說了synchronized只會保證在同步塊中的變數的可見度，而is變數並不在該同步塊中，所以顯然不是這個導致的。接下來我們在代碼i++;後面加上以下代碼：

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

再Run，程式立刻終止！為什嗎？在上面的 A1 中我們已經說了即便有JVM的最佳化，但當CPU一直被佔用的時候，資料的可見度得不到很好的保證，就像上面的程式一直迴圈做i++;運算佔用CPU，而為什麼加上上面的代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，真正的耗時應該在記憶體的分配上（因為CPU的處理速度明顯快過記憶體，不然也不會有CPU的寄存器了），所以CPU空閑後會遵循JVM最佳化基準，儘可能快的保證資料的可見度，從而從主存同步is變數到工作記憶體，最終導致程式結束，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，但不釋放鎖！

結束

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