記一次對Java多執行緒記憶體可見性的測試

Camork發表於2019-03-02
Java執行緒記憶體

首先貼一段測試程式碼:

public class TestMemoryBarrier {
    boolean running = false;

    boolean get() {
        return running;
    }

    void doSetTrue() {
        running = true;
    }

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

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

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

        Thread.sleep(100);

        new Thread(
            () -> {
                instance.doSetTrue();
                System.out.println("Thread 2 finished.");
            }).start();
    }
}

複製程式碼

首先啟動第一個執行緒執行緒1去迴圈獲取bool變數running的值(預設是false),如果running變為true後迴圈結束,執行緒終止。

再起第二個執行緒執行緒2去修改running的值為true,當修改完後輸出提示。

注意: 第一個執行緒啟動後主執行緒睡眠一段時間,確保第一個執行緒已經先於執行緒二獲取cpu時間片。

這裡結果輸出是:

Thread 2 finished.
複製程式碼

因為無法獲知執行緒2對共享變數running做出的修改, 然後執行緒1一直處在執行狀態。

這裡簡單說明一下Java Mememory Model簡稱JMM:

記一次對Java多執行緒記憶體可見性的測試

在本例中執行緒2實際上是修改了自己本地記憶體中的running值, 但是並沒有重新整理到主記憶體中,執行緒1也一直在讀自己本地記憶體中的值,並沒有去主記憶體中重新獲取。

為了讓例子最終能輸出

Thread 1 finished
複製程式碼

方法:很簡單, 直接設定變數running為volatile,以保證其在多執行緒環境中的記憶體可見性問題。

本文的重點是對插入的記憶體屏障進行測試,所以以上只是開頭。

測試volatile插入的記憶體屏障指令,變更程式碼為:

新增一個類,包含一個volatile的變數並賦值。

在get()方法return前, new一個這個新增類的例項物件,完整程式碼:

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

    boolean get() {
        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.get()) {
                }

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

        Thread.sleep(100);

        new Thread(
            () -> {
                instance.doSetTrue();
                System.out.println("Thread 2 finished.");
            }).start();
    }
}
複製程式碼

這裡同樣能使執行緒1結束。原因在於新建例項的時候對volatile變數進行了讀寫操作

volatile插入的記憶體屏障指令如下圖:(這裡不拉出重排序相關話題)

記一次對Java多執行緒記憶體可見性的測試

記一次對Java多執行緒記憶體可見性的測試

總結:在進行volatile變數寫的時候,StoreStore確保前面執行緒2修改的普通變數已經被flush到主記憶體中了。

測試synchronized關鍵字對可見性的影響:

為了套用Happen-Before規則,這裡直接在get()和doSetTrue()方法上加synchronized 也能保證可見性問題。但這裡假設只在get()方法上加同步呢? 結果是執行緒1也能獲取最新值。

JMM關於synchronized的兩條規定：

  1. 執行緒解鎖前，必須把共享變數的最新值重新整理到主記憶體中
  2. 執行緒加鎖時，將清空工作記憶體中共享變數的值，從而使用共享變數時需要從主記憶體中重新讀取最新的值

如果只是在doSetTrue()方法上加鎖,執行緒1並不會獲取最新的值,原因是:雖然執行緒2已經將修改過的變數重新整理到主存了,但是get()方法並不會去從主存讀取最新的值。

以上例子可能不符合happen-before規則,只是探討結果出現的原因。

如果文章中出現對某處有錯誤理解的地方,歡迎大家指出。

參考文章:

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