可见性问题实例

时间 2019-12-04

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说到并发安全时，咱们常说起可见性的问题，通俗点讲就是线程1看不到线程2写入变量v的值（更专业的解释以及是什么致使可见性问题，又该如何解决，见扩展阅读），但一直偏于理论，实际中有没有因可见性而致使问题的例子呢？回答是确定的，接下来咱们一块儿来看几个例子。html

这个例子很简单，新建的线程里有一个普通变量stop，用来表示是否结束循环里的自增操做。主线程启动这个线程后，将该变量置为true，观察线程是否打印出finish loop那行，若是存在可见性问题，主线程修改stop值为true，线程v看stop的值应该仍是false。java

class VisibilityThread extends Thread {
    private boolean stop;

    public void run() {
        int i = 0;
        System.out.println("start loop.");
        while(!getStop()) {
            i++;
        }
        System.out.println("finish loop,i=" + i);
    }

    public void stopIt() {
        stop = true;
    }

    public boolean getStop(){
        return stop;
    }
}

public class VisibilityTest {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        VisibilityThread v = new VisibilityThread();
        v.start();

        Thread.sleep(1000);//停顿1秒等待新启线程执行
        System.out.println("即将置stop值为true");
        v.stopIt();
        Thread.sleep(1000);
        System.out.println("finish main");
        System.out.println("main中经过getStop获取的stop值:" + v.getStop());
    }
}

咱们先来执行一遍（操做系统：XP，下同。JDK：见图示）：segmentfault

执行结果如上图，有人该问了，线程v最终停下来了，这不是表示它看到stop值为true了吗？是的，确实如此。但让咱们再看一个这个程序的执行结果。安全

这一次，咱们发现程序一直未能结束，表示线程v看到stop的值是false，可是主线程打印出的值倒是true。多线程

对比两次的执行方式，咱们发现后一次加上了-server选项。显示version的时候也由Client VM变成了Server VM。那么Client VM与Server VM有什么区别在哪里？简单地讲，Client VM启动时作了通常优化，耗时少，启动快，但程序执行的也相对也较慢；Server VM启动的时候作了更多优化，耗时多，启动慢，但程序执行快。若是在运行java命令的时候没有指定具体模式的时候，会有一个默认值，这个默认值随硬件和操做系统的不一样而不一样，这里有张JDK 1.6在各平台默认VM模式的图。并发

咱们再来看个例子，这个例子源于hotspot VM的一个bug：oracle

public class InterruptedVisibilityTest {
    public void think() {
        System.out.println("新线程正在执行");
        while (true) {
            if (checkInterruptedStatus()) break;
        }
        System.out.println("新线程退出循环");
    }

    private boolean checkInterruptedStatus() {
        return Thread.currentThread().isInterrupted();
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        final InterruptedVisibilityTest test = new InterruptedVisibilityTest();
        Thread thinkerThread = new Thread("Thinker") {
            public void run() {
                test.think();
            }
        };
        thinkerThread.start();
        Thread.sleep(1000);//等待新线程执行
        System.out.println("立刻中断thinkerThread");
        thinkerThread.interrupt();
        System.out.println("已经中断thinkerThread");
        thinkerThread.join(3000);
        if (thinkerThread.isAlive()) {
            System.err.println("thinkerThread未能在中断后3s中止");
            System.err.println("JMV bug");
            System.err.println("主线程中检测thinkerThread的中断状态:" + thinkerThread.isInterrupted());
        }
    }
}

这个例子也很简单，thinkerThread一直检查中断状态，主线程在启动thinkerThread以后的某个时刻调用interrupt中断thinkerThread。在《The Java Language Specification Java SE 7 Edition》§17.4.4中咱们可以看到，若是线程1调用线程2的interrupt方法，那么全部线程（包括线程2）都能经过Thread.isInterrupted方法来检测到这个中断状态。这里直接用hotspot VM的-server模式执行一下，结果以下图：ide

thinkerThread没能退出循环，没看到主线程所置的中断状态。oop

后面这个例子是hotpost VM的一个bug致使的，在最新的hotspot中应该已经被修复了（笔者未测试最新版）。其它VM如IBM J9，JRockit，harmony等并无发现这样的bug。说这是bug，是由于JLS中规定了main发出的中断必须对thinkerThread可见。可是，如第一个例子，则不是bug，由于JLS是容许这种行为的。当在第一个例子的循环中的i++后面加上一句Thread.yield()调用（该调用在规范中并没有特殊内存语义），这我使用的这个版本的VM上，就看不到可见性问题了。这也说明，JVM的优化是没法预知的，容许可见性的地方不必定就真会出现或一直出现。post

JLS容许未充分同步的代码出现可见性问题，可是某个实际的JVM彻底能够实现的比JLS上规定的更强，好比不容许可见性问题出现，那么，在这样的JVM上就展示不出这样的问题了。第一个例子这里只是运行在hotpost下，也许在其它JVM下一样采用最优化的方式执行，可能并不会出现这里的问题。

在咱们编码的时候，也许并不知道代码会跑在什么样的系统上，不知道会采用什么样的JVM，为了使得写出的代码更健壮，咱们只能按照规范所规定的最低保证去编码，要避免这类问题，只有保证代码充分同步，避免数据争用，而不该该依赖于某个具体JVM实现。即便是具体的某款JVM，不一样的版本间也可能存在着差别。

最后，这样的例子启发咱们，测试代码的时候应尽量启用各JVM的最佳优化模式。

扩展阅读：

至此，咱们已经了解到实际中多线程运行真的会出现这样的场景。为何会出现可见性问题？有什么解决方案？下面连接中的内容为咱们提供了专业的解答。

via ifeve