记一次对Java多线程内存可见性的测试

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首先贴一段测试代码:

public class TestMemoryBarrier {
    boolean running = false;

    boolean isRunning() {
        return running;
    }

    void doSetTrue() {
        running = true;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TestMemoryBarrier instance = new TestMemoryBarrier();

        new Thread(
            () -> {
                while (!instance.isRunning()) {
                }

                System.out.println("Thread 1 finished.");
            }).start();

        Thread.sleep(1000);

        new Thread(
            () -> {
                while (true) {
                    instance.doSetTrue();
                }
            }).start();
    }
}

首先启动第一个线程线程1去循环获取bool变量running的值(默认是false),如果running变为true后循环结束,线程终止。

再起第二个线程线程2去循环修改running的值为true

注意: 第一个线程启动后使主线程睡眠一段时间以确保第一个线程已先于线程二启动。

结果:上面的代码是无任何输出,程序一直处于运行中

解释:因为无法获知线程2对共享变量running做出的修改, 然后线程1一直处在运行状态。

这里简单说明一下Java Mememory Model简称JMM:

在本例中线程2实际上是修改了自己本地内存中的running值, 但是并没有刷新到主内存中,线程1也一直在读自己本地内存中的值,并没有去主内存中重新获取。

为了让例子最终能输出

Thread 1 finished

方法:很简单, 直接设置变量running为volatile,以保证其在多线程环境中的内存可见性问题。

本文的重点是对插入的内存屏障进行测试,所以以上只是开头。

测试volatile插入的内存屏障指令,变更代码为:

添加一个类,包含一个volatile的变量并赋值

isRunning()方法return前, new一个这个新增类的实例对象,完整代码:

class VolatileClass {
    private volatile int a = 1;
}
public class TestMemoryBarrier {
    boolean running = false;

    boolean isRunning() {
        VolatileClass aClass = new VolatileClass();
        return running;
    }

    void doSetTrue() {
        running = true;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        TestMemoryBarrier instance = new TestMemoryBarrier();

        new Thread(
            () -> {
                while (!instance.isRunning()) {
                }

                System.out.println("Thread 1 finished.");
            }).start();

        Thread.sleep(1000);

        new Thread(
            () -> {
                while (true) {
                    instance.doSetTrue();
                }
            }).start();
    }
}

这里同样能使线程1结束。原因在于新建实例的时候对volatile变量进行了读写操作

volatile插入的内存屏障指令如下图:(这里不拉出重排序相关话题)

总结:在进行volatile变量写的时候,StoreStore确保前面线程2修改的普通变量已经被flush到主内存中了。

测试synchronized关键字对可见性的影响:

  • isRunning()上加synchronized:线程1能获取最新值(最新值在主存中,线程1通过锁的作用可以获取)
  • doSetTrue()上加synchronized:线程1不能获取最新值(最新值在主存中,但是线程1未能获取)

JMM关于synchronized的两条规定:

  1. 线程解锁前,必须把共享变量的最新值刷新到主内存中
  2. 线程加锁时,将清空工作内存中共享变量的值,从而使用共享变量时需要从主内存中重新读取最新的值

如果只是在doSetTrue()方法上加锁,线程1并不会获取最新的值,原因是:虽然线程2已经将修改过的变量刷新到主存了,但是isRunning()方法并不会去从主存读取最新的值。

以上例子可能不符合happen-before规则,只是探讨结果出现的原因。

如果文章中出现对某处有错误理解的地方,欢迎大家指出。

参考文章: