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博文前提
最近在oschina問答板塊看到了一個關於java變量在工作內存和主存中的可見性問題：synchorized,sleep 也能達到volatile 線程可見性的目的?,大致的問題描述如下：
package com.test;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class Test01 {
private static boolean is = true;
public static void main(String[] args) {
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (Test01.is) {
i++;
// byte[] bts = new byte[1024*1024*2];
// byte[] bts1 = new byte[1024*1024*1];
// byte[] bts2 = new byte[1024*1024*3];
// 1. synchronized (this) { } 會強制刷新主內存的變量值到線程棧？
// 2. System.out.println("1"); println 是synchronized 的,會強制刷新主內存的變量值到線程棧？
// 3. sleep 會從新load主內存的值？
// 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() {
// 設置is為false，使上面的線程結束while循環
Test01.is = false;
}
}).start();
}
}
問：
為什么整個程序不會終止？
為什么取消注釋中的任何一個代碼塊(1，2，3)，程序才會終止？
synchronized 會強制刷新住內存的變量值到線程棧？
sleep 會干什么呢？
涉及知識解釋
- volatile：此關鍵字保證了變量在線程的可見性，所有線程訪問由volatile修飾的變量，都必須從主存中讀取后操作，並在工作內存修改后立即寫回主存，保證了其他線程的可見性，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、可見性，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：為什么注釋代碼后程序不會終止？
A1：因為 boolean is=true 的變量值被前面線程（簡稱線程A）加載到自己的工作內存，在后面的線程（簡稱線程B）改變 boolean is=false 之后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之后線程就要退出了)，即便立馬寫入了主存后線程A也不一定馬上load到工作內存中，所以程序一直不會終止？這個是我們大多數人想到的，但其實JVM針對現在的硬件水平已經做了很大程度的優化，基本上很大程度的保障了工作內存和主內存的及時同步，相當於默認使用了volatile。但只是最大程度！在CPU資源一直被占用的時候，工作內存與主內存中間的同步，也就是變量的可見性就會不那么及時！后面會驗證結論。
Q2：為什么取消注釋中的任何一個代碼塊(1，2，3)，程序才會終止？
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，那么是否像提問作者猜想的那樣synchronized會強制刷新主內存的變量值到線程棧？，以及sleep方法也會刷新主存的變量值到線程棧呢？，事實上我們前面說了synchronized只會保證在同步塊中的變量的可見性，而is變量並不在該同步塊中，所以顯然不是這個導致的。
接下來我們在代碼i++;后面加上以下代碼：
byte[] bts = new byte[1024*1024*2]; byte[] bts1 = new byte[1024*1024*1]; byte[] bts2 = new byte[1024*1024*3];
再Run，程序立刻終止！為什么？
在上面的 A1 中我們已經說了即便有JVM的優化，但當CPU一直被占用的時候，數據的可見性得不到很好的保證，就像上面的程序一直循環做i++;運算占用CPU，而為什么加上上面的代碼后程序就會停止呢？因為對於幾個new byte[1024*1024*1]操作來說，CPU已經不是主要占時間的操作，真正的耗時應該在內存的分配上（因為CPU的處理速度明顯快過內存，不然也不會有CPU的寄存器了），所以CPU空閑后會遵循JVM優化基准，盡可能快的保證數據的可見性，從而從主存同步is變量到工作內存，最終導致程序結束，這也是為什么sleep()方法雖然沒有涉及同步操作，但是依然可以使程序終止，因為sleep()方法會釋放CPU，但不釋放鎖！