同步锁之外的Java内存可见性

Question

synchronized锁是否保证下面的代码总是打印'END'？

public class Visibility {

    private static int i = 0;

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

        Thread thread_1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(i);
                while (true) {
                    if (i == 1) {
                        System.out.println("END");
                        return;
                    }
                    synchronized (Visibility.class){}
                }
            }
        });
        thread_1.start();
        Thread.sleep(1000);
        synchronized (Visibility.class) {
            i = 1;
        }
    }
}

我在我的笔记本电脑上运行它，它总是打印“END”，但我想知道JVM是否能保证这段代码总是打印“END”？

Answer 1

根据 JLS §17.4.5：在订单之前发生：

如果 hb(x, y) 和 hb(y, z)，则 hb(x, z)。

换句话说，HB（Happens-before）是及物性的。 HB 是可观察性的主要参与者：如果

hb(x, y)

，则不可能观察到 Y 行中的状态，因为它在 X 行执行之前 - 而这正是您想要做的（或者更确切地说，防止发生）：您对 Y 行 (

if (i == 1)

) 是否可以观察到 X 行之前的状态（

i = 1

，在代码片段底部的同步块中）感兴趣。

鉴于传递性规则，答案是否定的：

• hb(exiting a synchronized block, entering it)

  是一件事。不同线程获取监视器是一个有序的事件，它们之间存在HB关系。因此，线程中倒数第二个

  }

  （退出块）¹和零语句

  synchronized

  块之间存在 hb 关系。

• 如果内部线程随后以某种方式运行（奇怪，因为这意味着它需要更多超过1秒才能启动，但从技术上讲，JVM没有时间保证，所以理论上是可能的），

  i

  已经是1 . 可能此更改尚未“同步”，除非 while 循环命中了无内容

  synchronized

  块，然后该块建立了 hb，从而强制

  i

  的可见性变为

  1

  。

• 如果内部线程之前运行（所有情况下都是 100%，其中的

  Thread.sleep(1000)

  几乎如此），则最终将应用相同的逻辑。

• 为了实际将其加在一起，我们需要添加“自然”hb 规则：如果 X 和 Y 由同一线程执行，并且 Y 按程序顺序位于 X 之后，则字节码 X 和 Y 建立

  hb(x, y)

  。即给定：

  y = 5; System.out.println(y)

  你无法观察到 y 在

  y = 5;

  运行之前的样子 - 这就是“废话！” HB 规则 - 当然，如果 JVM 可以随意在单个线程中重新排序内容，那么 java 作为一种语言将毫无用处。这+传递性规则就足够了。

这里有一个技术问题

您启动的线程永远不会自愿放弃，因此甚至可能不会达到可能造成严重破坏的保存点。你永远不应该编写像这样忙着旋转的代码，JVM 并不特别清楚事情是如何工作的，这会导致 CPU 出现大量的热量/功率问题！在单核处理器上，本质上允许 JVM 将所有时间都花在忙等待上，永远，这是使 JVM 永远不打印END的一种方法：因为 main将

i

设置为 1

never

的线程会抽出时间来处理它。这打破了线程的一般要点。 synchronized引入了一个保存点，因此它最终会被抢占，但这可能需要相当长的时间。在正确的硬件上，它可能需要比一秒长得多的时间。通过在繁忙循环中推入某种

sleep

或

wait

或使用

j.u.concurrent

锁/信号量/等来轻松修复。

[1] 从技术上讲，HB 是 JVM 事务，适用于字节码。然而，那个右大括号确实有一个等效的字节码（大多数右大括号没有；那个有）：它是监视器的释放（“释放”

---

synchronized

锁）。这正是 HB 相对于稍后顺序获取同一锁对象的字节码。