synchronized內存可見性理解

一、背景

最近在看<Java並發編程實戰>這本書，看到共享變量的可見性，其中說到“加鎖的含義不僅僅局限於互斥行為，還包括內存可見性”。

我對於內存可見性第一反應是volatile：被volatile修飾的變量能夠保證每個線程能夠獲取該變量的最新值，從而避免出現數據臟讀的現象。

原因是volatile修飾的共享變量進行寫操作的時候會多出Lock前綴的指令，通過多處理器的緩存一致性協議,來保持變量的同步更新。

但是我卻沒明白“加鎖”與“可見性”這句話表達的意思,仔細思考下確實是這樣子的。

二、實踐

public class NoSivibilityVariable {
    private static boolean isOver = false;
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                    while (!isOver);
                    System.out.println("thread ----- true");
            }
        });
        thread.start();
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
            isOver = true;
        System.out.println("main ----- true");
    }
}

執行上面這段代碼,只會打印出“main ----- true”然后一直死循環阻塞。原因是當主線程把變量isOver修改為true,值的修改作用范圍僅僅是當前線程內（主線程）而另外的線程是主內存的值，並沒有讀取主線程修改后的值,所以另一個線程和主內存的值都是失效的值。

如果要解決這個情況怎么辦？

1.常見的做法就是把第二行 private static boolean isOver = false修改為 private static volatile boolean isOver = false就不會出現這種情況。

2.就像書中所說的通過加鎖來解決。

package synchronized_word;

public class NoSivibilityVariable {
    private static boolean isOver = false;

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                synchronized (NoSivibilityVariable.class) {
                    while (!isOver);
                    System.out.println("thread ----- true");
                }
            }
        });
        thread.start();
        
        
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        synchronized (NoSivibilityVariable.class) {
            isOver = true;
        }
        System.out.println("main ----- true");
    }
}

2個線程中在對共享變量的讀取或者寫入都進行加鎖處理,因為線程對應的都是同一把鎖對象（該類對象）所以相互會排斥。但是就算這樣子也不能說明內存可見性的。其實真正解決這個問題的是JMM關於Synchronized的兩條規定： 

1、線程解鎖前，必須把共享變量的最新值刷新到主內存中； 
2、線程加鎖時，講清空工作內存中共享變量的值，從而使用共享變量是需要從主內存中重新讀取最新的值（加鎖與解鎖需要統一把鎖） 

線程執行互斥鎖代碼的過程： 
1.獲得互斥鎖 
2.清空工作內存 
3.從主內存拷貝最新變量副本到工作內存 
4.執行代碼塊 
5.將更改后的共享變量的值刷新到主內存中 
6.釋放互斥鎖 

http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/jsr-133-faq.html#incorrectlySync

這里提到synchronized會保證對進入同一個監視器的線程保證可見性。比如線程 t1修改了變量，退出監視器之前，會把修改變量值v1刷新的主內存當中；當線程t2進入這個監視器時，如果有某個處理器緩存了變量v1，首先緩存失效，然后必須重主內存重新加載變量值v1（這點和volatile很像）。這里語義的解讀只是說了對於同一個監視器，變量的可見性有一定的方式可尋，非同一個監視器就不保證了。

三、總結

synchronized具有內存可見性，為了確保所有線程能夠看到共享變量的值是最新的，所有執行讀操作或寫操作的線程都必須在同一個鎖上同步。