趣谈Java变量的可见性问题

      了解过多线程的我们，对synchorized，sleep和valatile都比较了解,但是当这三个名词和“Java变量得可见性”的话题联系在一起不知道大家是否还可以保持大脑清晰？？？

       最近看到一个关于Java变量可见性的问题，感觉比较新鲜就查了一些资料，下面分享给大家：

       首先给大家看一段关于多线程的执行代码：

 

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();
    }
}

         在运行当前代码时，我们会发现程序可以正常运行，但是如果取消注释行（1-3）中的任意一行，程序都会终止，我们不免产生疑问：为什么？synchronized会强制刷新主内存的变量值到线程栈？？那么sleep是干嘛的？

      下面一起来解决代码执行过程中产生的问题：

      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意一个代码块（1,2,3）程序就会终止？？

       A2：行号为1,2的代码有一个共同点：都涉及到了synchronized同步锁，那么是否会像小编在文章开始时产生的质疑“synchronized会强制刷新主内存的变量值到线程栈”？或者说是sleep方法会刷新主存的变量值到线程栈吗？

        事实上，我们都知道synchronized只会保证在同步块中的变量的可变性，而is变量并不在该同步块中，所以显然不是这个导致的；那么我们可以尝试在“i++” 的代码后面加上下面的代码：

 

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

            这时，我们重新运行程序，程序会立刻终止，这又是为什么？

       因为我们知道当CPU在被占用的时候，数据的可见性得不到很好的保证。就像上面的例子中，没有添加代码之前，程序会一直循环做i++操作，所以CPU会被运算占用；而对于大量的new Object()操作来说，CPU已经不是主要站时间的操作，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，从而从主存将is变量同步到工作内存中，最终导致程序的结束，这也就是sleep（）方法虽然没有涉及到同步操作，却依然可以让程序终止的原因，因为sleep（）方法会释放CPU，但并不会释放锁；

后记

   ➷  知识扩展：

        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；

   ➷ 寄语   

        技术在于不断的发现和总结，我们需要将自己输入的知识进行整理后输出，这样才能对输入的知识更好的理解；以上纯属个人理解，如有错误，请大家指正；