JAVA内存可见性分析

关于内存不可见性的验证网上的例子很多,比如https://blog.youkuaiyun.com/weixin_33656548/article/details/88846777

上文JDK版本jdk1.8.0_201,本人是jdk1.8.0_202

public class VolatileTest {
    public boolean isShutdown;

    public boolean getShutdown () {
        return isShutdown;
    }

    public void shutdown () {
        isShutdown = true;
    }

    public class ReaderThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            try {
                System.out.println("开始循环");
                while (!isShutdown) {

                };
                System.out.println("结束循环");
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }


    public class WatchThread extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            shutdown();
        }
    }

    public static void main(String[] args){
        try {
            VolatileTest volatileTest = new VolatileTest();
            volatileTest.new ReaderThread().start();
            //让主线程睡眠一秒,确保另一个线程调用shutdown方法时死循环已经开始
            Thread.sleep(1000);

            volatileTest.new WatchThread().start();
            //此刻的睡眠是为了确保shutdown方法对isShutdown变量的修改已经同步到主内存
            Thread.sleep(1000);
            //打印isShutdown的值
            System.out.println("getShutdown:" + volatileTest.getShutdown());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

运行结果,并未出现内存不可见现象:

因为手头没有下载jdk1.8.0_201版本,正好有jdk1.7(7u51);运行结果如下,出现内存不可见现象:

 

java9 运行结果:

jdk1.8.0_202 为啥与众不同呢?

 

Volatile缓存可见性实现原理:
底层实现原来主要是通过汇编lock前缀指令,它会锁定这块内存区域的缓存(缓存行锁定),写回到主内存
IA-32架构软件开发者手册对lock指令的解释:
1)会将当前处理器缓存的数据立即写回到系统内存;
2)这个写回内存的操作会引起其他CPU款村了该内存地址的数据无效(MESI协议)

首先开启MESI缓存一致性协议,实际上开启了总线嗅探机制,当线程二将数据修改isShutdown = true通过总线写入主内存时,其他线程CPU可以监听到数据的改变,从而将工作内存的数据去掉,重新从主内存去读取,也就能读取到最新的值isShutdown = true。

https://cloud.tencent.com/developer/article/1121728

 

Java内存模型(JMM)定义了线程内存之间的抽象关系,通过规范共享变量的访问方式,解决多线程并发时的数据一致性问题,可见性是其中的关键问题之一。以下是排查Java内存模型与可见性问题的方法: ### 代码审查 对代码进行仔细审查,查看是否存在共享变量的访问修改操作。重点关注没有使用同步机制(如`synchronized`关键字、`volatile`关键字)的共享变量。例如: ```java public class VisibilityExample { private static boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread(() -> { while (!flag) { // 循环等待 } System.out.println("Flag is now true"); }).start(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } flag = true; } } ``` 在这个例子中,`flag`变量没有使用任何同步机制,可能会出现可见性问题。 ### 日志调试 在关键代码位置添加日志输出,记录共享变量的变化情况。使用调试工具(如IDE的调试功能)单步执行代码,观察变量的值在同线程中的变化。例如: ```java public class VisibilityLoggingExample { private static volatile boolean flag = false; public static void main(String[] args) { new Thread(() -> { while (!flag) { System.out.println("Flag is still false"); } System.out.println("Flag is now true"); }).start(); try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("Setting flag to true"); flag = true; } } ``` 通过日志可以观察到`flag`变量的变化情况。 ### 工具分析 使用性能分析工具(如VisualVM、YourKit等)来分析线程的执行情况内存使用情况。这些工具可以帮助发现线程之间的竞争可见性问题。例如,VisualVM可以监控线程的状态、CPU使用率等信息。 ### 测试验证 编写多线程测试用例,模拟同的并发场景,验证代码在多线程环境下的正确性。可以使用JUnit等测试框架来编写测试用例。例如: ```java import org.junit.jupiter.api.Test; import java.util.concurrent.CountDownLatch; public class VisibilityTest { private static volatile boolean flag = false; @Test public void testVisibility() throws InterruptedException { CountDownLatch latch = new CountDownLatch(1); new Thread(() -> { while (!flag) { // 循环等待 } latch.countDown(); }).start(); Thread.sleep(1000); flag = true; latch.await(); } } ```
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