一个 println 居然比 volatile 还好使？，跪了

前两天一个小伙伴忽然找我求助，说准备换个坑，最近在系统学习多线程知识，但遇到了一个刷新认知的问题……

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小伙伴：Effective JAVA 里的并发章节里，有一段关于可见性的描述。下面这段代码会出现死循环，这个我能理解，JMM 内存模型嘛，JMM 不保证 stopRequested 的修改能被及时的观测到。

static boolean stopRequested = false;



public static void main(String[] args) throws InterruptedException {



    Thread backgroundThread = new Thread(() -> {

        int i = 0;

        while (!stopRequested) {

            i++;

        }

    }) ;

    backgroundThread.start();

    TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(10);

    stopRequested = true ;

}

但奇怪的是在我加了一行打印以后，就不会出现死循环了！难道我一行 println 能比 volatile 还好使啊？这俩也不要紧啊

static boolean stopRequested = false;



public static void main(String[] args) throws InterruptedException {



    Thread backgroundThread = new Thread(() -> {

        int i = 0;

        while (!stopRequested) {



            // 加上一行打印，循环就能退出了！

        	System.out.println(i++);

        }

    }) ;

    backgroundThread.start();

    TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(10);

    stopRequested = true ;

}

我：小伙子八股文背的挺熟啊，JMM 张口就来。 ?

我：这个……实际上是 JIT 干的好事，致使你的循环没法退出。JMM 只是一个逻辑上的内存模型，内部有些机制是和 JIT 有关的

好比你第一个例子里，你用-Xint禁用 JIT，就能够退出死循环了，不信你试试？

小伙伴：卧槽，真的能够，加上 -Xint 循环就退出了，好神奇！JIT 是个啥啊？还能有这种功效？

JIT（Just-in-Time） 的优化

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众所周知，JAVA 为了实现跨平台，增长了一层 JVM，不一样平台的 JVM 负责解释执行字节码文件。虽然有一层解释会影响效率，但好处是跨平台，字节码文件是平台无关的。

在 JAVA 1.2 以后，增长了 即时编译（Just-in-Time Compilation，简称 JIT） 的机制，在运行时能够将执行次数较多的热点代码编译为机器码，这样就不须要 JVM 再解释一遍了，能够直接执行，增长运行效率。

?

但 JIT 编译器在编译字节码时，可不只仅是简单的直接将字节码翻译成机器码，它在编译的同时还会作不少优化，好比循环展开、方法内联等等…… ?

这个问题出现的缘由，就是由于 JIT 编译器的优化技术之一 - 表达式提高（expression hoisting） 致使的。

表达式提高（expression hoisting）

先来看个例子，在这个 hoisting 方法中，for 循环里每次都会定义一个变量 y，而后经过将 x*y 的结果存储在一个 result 变量中，而后使用这个变量进行各类操做

public void hoisting(int x) {

	for (int i = 0; i < 1000; i = i + 1) {

		// 循环不变的计算 

		int y = 654;

		int result = x * y;



		// ...... 基于这个 result 变量的各类操做

	}

}

可是这个例子里，result 的结果是固定的，并不会跟着循环而更新。因此彻底能够将 result 的计算提取到循环以外，这样就不用每次计算了。JIT 分析后会对这段代码进行优化，进行表达式提高的操做：

public void hoisting(int x) {

	int y = 654;

	int result = x * y;



	for (int i = 0; i < 1000; i = i + 1) {	

		// ...... 基于这个 result 变量的各类操做

	}

}

这样一来，result 不用每次计算了，并且也彻底不影响执行结果，大大提高了执行效率。

注意，编译器更喜欢局部变量，而不是静态变量或者成员变量；由于静态变量是“逃逸在外的”，多个线程均可以访问到，而局部变量是线程私有的，不会被其余线程访问和修改。 ?

编译器在处理静态变量/成员变量时，会比较保守，不会轻易优化。 ?

像你问题里的这个例子中，stopRequested就是个静态变量，编译器本不该该对其进行优化处理；

static boolean stopRequested = false;// 静态变量



public static void main(String[] args) throws InterruptedException {



    Thread backgroundThread = new Thread(() -> {

        int i = 0;

        while (!stopRequested) {

			// leaf method

            i++;

        }

    }) ;

    backgroundThread.start();

    TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(10);

    stopRequested = true ;

}

但因为你这个循环是个 leaf method，即没有调用任何方法，因此在循环之中不会有其余线程会观测到stopRequested值的变化。那么编译器就冒进的进行了表达式提高的操做，将stopRequested提高到表达式以外，做为循环不变量（loop invariant）处理：

int i = 0;



boolean hoistedStopRequested = stopRequested;// 将stopRequested 提高为局部变量

while (!hoistedStopRequested) {    

	i++;

}

这样一来，最后将 stopRequested赋值为 true 的操做，影响不了提高的hoistedStopRequested的值，天然就没法影响循环的执行了，最终致使没法退出。 ?

至于你增长了 println 以后，循环就能够退出的问题。是由于你这行 println 代码影响了编译器的优化。println 方法因为最终会调用 FileOutputStream.writeBytes 这个 native 方法，因此没法被内联优化（inling）。而未被内敛的方法调用从编译器的角度看是一个“full memory kill”，也就是说 反作用不明 、必须对内存的读写操做作保守处理。 ?

在这个例子里，下一轮循环的 stopRequested 读取操做按顺序要发生在上一轮循环的 println 以后。这里“保守处理”为：就算上一轮我已经读取了 stopRequested 的值，因为通过了一个反作用不明的地方，再到下一次访问就必须从新读取了。 ?

因此在你增长了 prinltln 以后，JIT 因为要保守处理，从新读取，天然就不能作上面的表达式提高优化了。 ?

以上对表达式提高的解释，总结摘抄自 R大的知乎回答。 ?

我：“这下明白了吧，这都是 JIT 干的好事，你要是禁用 JIT 就没这问题了”

小伙伴：“卧槽????，一个简单的 for 循环也太多机制了，没想到 JIT 这么智能，也没想到 R 大这么????”

小伙伴：“那 JIT 必定不少优化机制吧，除了这个表达式提高还有啥？”

我：我也不是搞编译器的……哪了解这么多，就知道一些经常使用的，简单给你说说吧

表达式下沉（expression sinking）

和表达式提高相似的，还有个表达式下沉的优化，好比下面这段代码：

public void sinking(int i) {

	int result = 543 * i;



	if (i % 2 == 0) {

		// 使用 result 值的一些逻辑代码

	} else {

		// 一些不使用 result 的值的逻辑代码

	}

}

因为在 else 分支里，并无使用 result 的值，可每次无论什么分支都会先计算 result，这就不必了。JIT 会把 result 的计算表达式移动到 if 分支里，这样就避免了每次对 result 的计算，这个操做就叫表达式下沉：

public void sinking(int i) {

	if (i % 2 == 0) {

		int result = 543 * i;

		// 使用 result 值的一些逻辑代码

	} else {

		// 一些不使用 result 的值的逻辑代码

	}

}

JIT 还有那些常见优化？

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