Java进阶-第二十八篇：Java内存模型 - 内存可见性 - 问题剖析

Java进阶-第二十八篇：Java内存模型 - 内存可见性 - 问题剖析

在 Java 多线程编程中，内存可见性是一个关键问题，它可能会导致程序出现难以调试的错误。下面将深入剖析可见性问题的产生原因，并通过示例展示其影响。

1. 可见性问题的产生

缓存一致性问题

现代 CPU 为了提高数据访问速度，采用了多级缓存结构，通常包括 L1、L2 和 L3 缓存。L1 缓存速度最快，但容量最小，一般分为数据缓存（L1 - D）和指令缓存（L1 - I），直接与 CPU 核心相连；L2 缓存速度次之，容量稍大，为多个 CPU 核心共享；L3 缓存速度相对较慢，但容量更大，为整个 CPU 共享。

CPU 缓存的工作原理是将主内存中的数据复制到缓存中，CPU 在访问数据时，首先会在 L1 缓存中查找，如果找不到，再依次到 L2、L3 缓存中查找，最后才会访问主内存。这种机制大大提高了数据访问速度，但也带来了缓存一致性问题。

为了保证多个 CPU 缓存中数据的一致性，引入了缓存一致性协议，如 MESI 协议。MESI 协议将缓存行的状态分为四种：Modified（已修改）、Exclusive（独占）、Shared（共享）和 Invalid（无效）。当一个 CPU 核心修改了缓存中的数据时，会通过总线通知其他 CPU 核心，将它们缓存中对应的数据行标记为无效，从而保证数据的一致性。

然而，在多线程环境下，不同线程可能运行在不同的 CPU 核心上，每个线程都有自己的 CPU 缓存。如果一个线程修改了共享变量的值，其他线程的 CPU 缓存中可能仍然保留