趣談Java變量的可見性問題

        瞭解過多線程的我們，對synchorized，sleep和valatile都比較瞭解,但是當這三個名詞和“Java變量得可見性”的話題聯繫在一起不知道大家是否還可以保持大腦清晰？？？

       最近看到一個關於Java變量可見性的問題，感覺比較新鮮就查了一些資料，下面分享給大家：

       首先給大家看一段關於多線程的執行代碼：

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) { } 會強制刷新主內存的變量值到線程棧?
                   2 //System.out.println("1"); println 是synchronized 的,會強制刷新主內存的變量值到線程棧?
                   3 //sleep 會從新load主內存的值? 
                     //    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;  //設置is爲false，使上面的線程結束while循環
            }
        }).start();
    }
}

         在運行當前代碼時，我們會發現程序可以正常運行，但是如果取消註釋行（1-3）中的任意一行，程序都會終止，我們不免產生疑問：爲什麼？synchronized會強制刷新主內存的變量值到線程棧？？那麼sleep是幹嘛的？

      下面一起來解決代碼執行過程中產生的問題：

      Q1：爲什麼註釋代碼後程序不會終止？

      A1：因爲 boolean is=true 的變量值被前面線程（簡稱線程A）加載到自己的工作內存，在後面的線程（簡稱線程B）改變 boolean is=false 之後不一定會立馬寫入主存(不過這道題中應該會馬上寫入主存，因爲線程執行完 is=false之後線程就要退出了)，即便立馬寫入了主存後線程A也不一定馬上load到工作內存中，所以程序一直不會終止？這個是我們大多數人想到的，但其實JVM針對現在的硬件水平已經做了很大程度的優化，基本上很大程度的保障了工作內存和主內存的及時同步，相當於默認使用了volatile。但只是最大程度！在CPU資源一直被佔用的時候，工作內存與主內存中間的同步，也就是變量的可見性就會不那麼及時！後面會驗證結論。

       Q2：爲什麼取消註釋中的任意一個代碼塊（1,2,3）程序就會終止？？

       A2：行號爲1,2的代碼有一個共同點：都涉及到了synchronized同步鎖，那麼是否會像小編在文章開始時產生的質疑“synchronized會強制刷新主內存的變量值到線程棧”？或者說是sleep方法會刷新主存的變量值到線程棧嗎？

        事實上，我們都知道synchronized只會保證在同步塊中的變量的可變性，而is變量並不在該同步塊中，所以顯然不是這個導致的；那麼我們可以嘗試在“i++” 的代碼後面加上下面的代碼：

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

            這時，我們重新運行程序，程序會立刻終止，這又是爲什麼？

       因爲我們知道當CPU在被佔用的時候，數據的可見性得不到很好的保證。就像上面的例子中，沒有添加代碼之前，程序會一直循環做i++操作，所以CPU會被運算佔用；而對於大量的new Object()操作來說，CPU已經不是主要站時間的操作，真正的耗時應該在內存的分配上（因爲CPU的處理速度明顯快過內存，不然也不會有CPU的寄存器了），所以CPU空閒後會遵循jvm優化基準，儘可能快的保證數據的可見性，從而從主存將is變量同步到工作內存中，最終導致程序的結束，這也就是sleep（）方法雖然沒有涉及到同步操作，卻依然可以讓程序終止的原因，因爲sleep（）方法會釋放CPU，但並不會釋放鎖；

後記

   ➷  知識擴展：

        volatile：此關鍵字保證了變量在線程的可見性，所有線程訪問由volatile修飾的變量，都必須從主存中讀取後操作，並在工作內存修改後立即寫回主存，保證了其他線程的可見性，同樣效果的關鍵字還有final。 

        synchronized：所有同步操作都必須保證 1、原子性 2、可見性，所以在同步塊中發生的變化會立馬寫回主存 

        sleep：此方法只會讓出CPU執行時間，並不會釋放鎖；

   ➷ 寄語   

        技術在於不斷的發現和總結，我們需要將自己輸入的知識進行整理後輸出，這樣才能對輸入的知識更好的理解；以上純屬個人理解，如有錯誤，請大家指正；