关于Java变量的可见性问题

博文前提

最近在oschina问答板块看到了一个关于java变量在工作内存和主存中的可见性问题：synchorized,sleep 也能达到volatile 线程可见性的目的?,大致的问题描述如下：

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) { } 会强制刷新主内存的变量值到线程栈?
                   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?
                   3 //sleep 会从新load主内存的值? 
                     // 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;  //设置is为false，使上面的线程结束while循环
            }
        }).start();
    }
}

问： 为什么整个程序不会终止？ 为什么取消注释中的任何一个代码块(1，2，3)，程序才会终止？synchronized 会强制刷新住内存的变量值到线程栈? sleep 会干什么呢？

涉及知识解释

• 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。

问题分析

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何一个代码块(1，2，3)，程序才会终止？

A2：行号为1、2的代码有一个共同特点，就是都涉及到了synchronized 同步锁，那么是否像提问作者猜想的那样synchronized会强制刷新主内存的变量值到线程栈？，以及sleep方法也会刷新主存的变量值到线程栈呢？，事实上我们前面说了synchronized只会保证在同步块中的变量的可见性，而is变量并不在该同步块中，所以显然不是这个导致的。接下来我们在代码i++;后面加上以下代码：

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

再Run，程序立刻终止！为什么？在上面的 A1 中我们已经说了即便有JVM的优化，但当CPU一直被占用的时候，数据的可见性得不到很好的保证，就像上面的程序一直循环做i++;运算占用CPU，而为什么加上上面的代码后程序就会停止呢？因为对于大量new Object()操作来说，CPU已经不是主要占时间的操作，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，从而从主存同步is变量到工作内存，最终导致程序结束，这也是为什么sleep()方法虽然没有涉及同步操作，但是依然可以使程序终止，因为sleep()方法会释放CPU，但不释放锁！

转自

关于Java变量的可见性问题

参考阅读

聊聊并发（一）深入分析Volatile的实现原理
Java 理论与实践: 正确使用 Volatile 变量