一个Java内存可见性问题的分析

若是熟悉Java并发编程的话，应该知道在多线程共享变量的状况下，存在“内存可见性问题”：

在一个线程中对某个变量进行赋值，而后在另一个线程中读取该变量的值，读取到的可能仍然是之前的值；

这里并不是说的是时序的问题，即便在另一个线程中循环读取该变量的值，也可能永远读不到该变量的最新值。

请看下面这段代码：

 1 public class Main extends Thread {
 2     private static boolean flag = false;
 3     
 4     @Override
 5     public void run() {
 6         while (!flag) {
 7             //System.out.flush();
 8         }
 9     }
10     
11     public static void main(String[] args) {
12         Main m = new Main();
13         m.start();
14         try {
15             Thread.sleep(200);
16         } catch (InterruptedException e) {
17             e.printStackTrace();
18         }
19         flag = true;
20         try {
21             m.join();
22         } catch (InterruptedException e) {
23             e.printStackTrace();
24         }
25         System.out.println("done");
26     }
27 }

这段代码在Windows（Java 7 HotSpot），Linux（Java 7 OpenJDK），MacOS（Java 7 HotSpot）上运行的时候根本停不下开；然而在Android（Dalvik）上，相似的代码则能够正常结束；咱们知道，若是将变量flag声明为volatile的话，那么这段代码无论在哪一个平台上运行均可以正常结束，事实也确实如此；这些平台都没有问题，它们的行为都符合JMM规范，只不过Android（Dalvik）的行为更保守一些而已。

疑惑在于，为何是“永远不可见”？我以前一直觉得“内存可见性问题”只是时间长短而已。

更诡异的是，若是将while循环中的System.out.flush()打开的话，程序又均可以正常结束了，这又是什么缘由呢？

首先，咱们从字节码入手，发现它们对应的字节码基本上是同样的；即便是volatile版本，也只不过是在变量上增长了一个volatile标记，字节码并没有不一样。

据此，咱们能够推断，差别可能来源于JIT，因而关掉JIT（如何控制JVM中的JIT行为？），果真，这些代码又均可以正常结束了。

按照我以前学习到的一些有关多核CPU方面的知识，多核CPU的行为并不会致使“永远不可见”的问题，理由以下：

1.若是是CPU缓存，多核CPU之间存在“缓存一致性”协议，因此这里并不会致使“不可见”的问题；

2.若是是CPU Store Buffer，由于容量有限，早晚会写回到缓存，因此这里并不会致使“永远不可见”的问题；

3.若是是CPU指令重排序，因为这段代码是在一个循环中读取变量的值，因此这里不会有任何影响。

那么，问题就只能出在JIT生成的代码上了，让咱们查看一下JIT生成的代码（如何控制JVM中的JIT行为？）：

这个是无volatile无System.out.flush()的版本，它不能中止，说明以下：

第一个红色标记，读取flag的值

第二个红色标记，判断flag的值是否为false，若是是则顺序执行到第三个红色标记处

第三个红色标记，这里是一个死循环

从这里能够看出，JIT对生成的代码作了高度优化，它认为代码中没有地方对flag进行修改，所以直接生成一段死循环代码，避免反复读取flag的值以提高性能，可是这违背了这段代码的原意，致使程序不能中止。

 

这个是有volatile的版本，它能够正常结束，说明以下：

第一个红色标记，读取flag的值

第二个红色标记，判断flag的值是否为false，若是是则跳转到第个红色标记处

这彻底符合这段代码的原意，所以能够正常结束。

 

这个是有System.out.flush()的版本，从红色标记处能够看出，这里也彻底符合代码原意，所以能够正常结束；因为某种缘由，JIT没有对生成的代码进行优化。

至此，疑惑已彻底解开，在此也顺便总结一下Java中的volatile关键字：

1.阻止Java编译器对字节码进行重排序（彷佛没有Java实如今字节码层面进行重排序）

2.在JIT生成的代码中插入适当的内存屏障指令

3.禁止JIT过分优化生成的代码

3.字节码层面并不会关心volatile（变量标记除外），执行引擎和JIT应该关心