关于Java变量的可见性以及时间片切换的总结

时间：2022-01-29 21:13:50

前言:今天被一个同学问到一个很有意思的题目，在这个看起来很简单的程序中却涉及了Java变量可见性和线程之间时间片切换的知识，感觉很典型，所以写这篇文章总结一下。

帮助文档连接:http://www.importnew.com/19434.html

package code;

public class good extends Thread{
	private static boolean flag = false;
	
	public void run(){
		while(!flag){
           1  //    System.out.println(); 
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) throws Exception{
		new good().start();
		Thread.sleep(100);
		flag = true;	
	}
}

看以上代码，通过编译运行你会发现，如果将System.out.println()这条语句注释掉，程序无法终止；而有这条语句时程序又可以正常终止。是不是感觉很困惑？没关系，我刚开始也是如此。要理解这个问题就不得不谈谈java变量的可见性了。

Java变量的可见性

        首先了解一下涉及的三个关键字volatile、synchronized、sleep。

        volatile：此关键字保证了变量在线程的可见性，所有线程访问由volitale修饰的变量，都必须从主存中读取后操作，并在工作内存修改后立即写回主存，保证了其他线程的可见性，同样效果的关键字还有final。

        synchronized：所有同步操作都必须保证1、原子性 2、可见性，所以在同步快中发生的变化回立马写回主存。

        sleep：此方法只会让出CPU执行时间，并不会释放锁。

        问题1：为什么上面没有System.out.println()语句后程序不会终止?

        回答1：因为执行start()方法开启子线程之后，主线程继续执行sleep()语句，这时CPU会被让出从而执行子线程，子线程就会把当前boolean flag = false的值加载到自己的工作内存中，然后当主线程的休眠时间结束之后,CPU会等子线程执行完当前时间片便切换回主线程继续执行flag = true，并且会立马将flag的值写回主内存中，由于子线程取得是主线程修改之前主内存中的flag值，所以程序会陷入无限循环中，无法终止。

        问题2：为什么有System.out.println()语句之后程序会终止？

package code;

public class good extends Thread{
	private static boolean flag = false;
	private static int i=0;
	
	public void run(){
		while(!flag){
              1  //	Object[] a=new Object[10000];
              2  //	synchronized(this){}
              3  //	System.out.println();
//			try {
              4  //	    Thread.sleep(100);
//			} catch (InterruptedException e) {
//				// TODO Auto-generated catch block
//				e.printStackTrace();
//			}
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) throws Exception{
		new good().start();
		Thread.sleep(100);
		flag = true;
	}
}

        回答2：看如上代码，不仅仅是System.out.println()语句，代码块(1，2，4)这三种方式也可以终止程序。为什么呢？首先我们需要知道，JVM针对现在的硬件水平已经做了很大程度的优化，基本上很大程度的保障了工作内存和主内存的及时同步，相当于默认使用了volitale。但只是最大程度！在CPU资源一直被占用的时候，工作内存与主内存中间的同步，也就是变量的可见性就不会那么及时！现在，我们回过头来分析为什么(1,2,3,4)代码块会更新线程栈中的flag变量值呢？其实就是我们刚刚讲的CPU空闲后会遵循JVM优化基准，尽可能快的保证数据的可见性，从而从主存同步flag变量到工作内存，最终导致程序结束。然后肯定会有人问为什么这4个代码块会产生CPU空闲呢？sleep关键字前面就说了，它不会释放锁但是它会释放CPU。而new Object[10000]存在大量的内存分配，因为CPU的处理速度明显快过内存，不然也不会有CPU的寄存器，所以大量的耗时都花在了内存的分配上，CPU仍然有空闲。而(2，3）代码块有一个共同特点，就是都涉及到了synchronized同步锁，尽管前面讲了synchronized只会保证在同步块中的变量的可见性，但是别忘了锁同步是个很耗时的操作，所以同步过程时CPU也能有空闲。

   

时间片切换

          为什么要提时间片切换呢？感觉这里跟时间片切换也没什么关系啊？这是因为刚开始我就把程序不终止的原因理解错了，我以为Thread.sleep(100)是为了让主线程占有的当前时间片处于空闲中，然后等到下一个时间片去执行子线程。所以我还尝试了将Thread.sleep(1)，但是还是不终止，最后才知道是空闲CPU会优化变量可见性的原因。尽管开始理解错了，但是我认为这也是一种存在的情况，你比如下面代码:

package code;

public class good extends Thread{
	private static boolean flag = false;
	private static int i=0;
	
	public void run(){
		while(!flag){
//			
		}
	}
	
	public static void main(String[] args) throws Exception{
		new good().start();
		for(int i=0;i<10000;i++)
			System.out.println();
		flag = true;
	}
}

        这就是典型时间片切换导致的无法终止。这里必须明白：尽管主线程和子线程的优先级是相同的，但是主线程占用着CPU，所以如果主线程执行的代码不多的话，子线程将在主线程执行完之后才执行。

结束：这是本人结合网上资料和个人理解的整理，如有错误，欢迎指正，拒绝人身攻击。

    
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