线程之间的可见性

以服务器模式运行下面的Java程序: ( 默认为client模式) (本机使用的是Oracle的Hotspot VM)

java -server StopThread

 

import java.util.concurrent.TimeUnit;

// Broken! - How long would you expect this program to run ?
public class StopThread {

    private static boolean stopRequested;  // value: false

    public static void main(String... args) throws InterruptedException {

        Thread backgroundThread = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while(!stopRequested)
                    i++;
            }
        });

        backgroundThread.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        stopRequested = true;
    }
}

 这个例子有两个线程，一个是main线程，另一个是在main线程里启动的backgroundThread线程，这两个线程共享一个类型为boolean的stopRequested。理论上如果main线程将stopRequested变量设置为true时，backgroundThread线程会跳出循环然后结束，接着JVM也终止。但是在我的机子上（Intel i5 M460)，它一直处于运行中，并不会在1秒中后停止运行。

原因要归咎于Java语言规范(JLS)中的内存模型(Memory Model)。它规定了一个线程所做的变化何时以及如何变成对其它线程可见（可见性）。因此我们不知道何时后台线程能够“看到”main线程对stopRequested的值所做的改变。一个简洁，性能好的方案是对共享变量添加volatile关键字。volatile保证任何一个线程在读取该域的时候都能“看到”最近刚刚被写入的值。

修改后的代码：

import java.util.concurrent.TimeUnit;

// Broken! - How long would you expect this program to run ?
public class StopThread {

    private static boolean volatile stopRequested;  // value: false

    public static void main(String... args) throws InterruptedException {

        Thread backgroundThread = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while(!stopRequested)
                    i++;
            }
        });

        backgroundThread.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        stopRequested = true;
    }
}

 以服务器模式运行后会在1秒左右后自动停止VM。

 

除了使用关键字volatile，还可以使用synchronized。同步机制除了能够实现线程之间的互斥之外，还能实现线程间的通信（即可以实现可见性）。

import java.util.concurrent.TimeUnit;

// Broken! - How long would you expect this program to run ?
public class StopThread {

    private static boolean stopRequested;  // value: false

    public static synchronized void requestStop() {
        stopRequested = true;
    }
    public static synchronized boolean stopRequested() {
        return stopRequested;
    }
    public static void main(String... args) throws InterruptedException {

        Thread backgroundThread = new Thread(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while(!stopRequested())
                    i++;
            }
        });

        backgroundThread.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        requestStop();
    }
}

 此时可以且应该取消volatile关键字，因为synchronized关键字也能实现可见性。

另外需要注意的是除了同步写操作之外，还应该同步读操作。如果读和写操作没有都被同步，同步就不会起作用。