需要帮助理解 java 中多线程时的内存可见性问题

Question

我正在实践 Goetze 的 Java 并发性，并且在不使用同步关键字时停留在共享变量的内存可见性部分。

代码如下

public class NoVisibility {

    private static boolean ready;

    private static int number;

    private static class ReaderThread extends Thread {

        public void run() {

            while(!ready)

                Thread.yield();

            System.out.println(number);

        }

    }

    public static void main(String[] args){

        new ReaderThread().start();

        number=42;

        ready=true;

    }

}

作者说这个类可能会永远循环，因为ready的值可能永远不会对读者线程可见。

我不明白这个说法。

我的看法是，首先主线程启动并将数字和准备设置为 true。但是另一个线程有自己的堆栈以及自己的 number 和 read 值，这些值不与主内存同步，并且这两个线程只有自己的变量副本。

现在，读者线程应该永远保持在循环中。我想知道为什么该Thread.yield变量不会屈服于主线程，然后主线程应该刷新到主内存，然后读取线程应该拾取这个新值并终止循环并打印正确的值，因为这也应该是已同步。

所以我想我有一些问题。

CPU 缓存中的值多久与主内存刷新/同步一次？

值可以不与主存同步吗？这也是可能的吗？

为什么会出现这种情况呢？

当只有一个 cpu 核心和一个 cpu 缓存时，这种内存可见性是否也会发生，还是总是发生？

尽管我了解竞争条件和死锁，但我在理解内存可见性问题时遇到了一些困难。这是架构特定的东西吗？

Answer 1

CPU 缓存中的值多久与主内存刷新/同步一次？不明确的。当 JLS 中指定的可见性保证表明需要发生缓存刷新时，就会发生缓存刷新。值可以不与主存同步吗？这也是可能的吗？是的。为什么会出现这种情况呢？一般来说，缓存被刷新是有原因的。发生之前关系指示可能需要缓存刷新的位置。当只有一个 cpu 核心和一个 cpu 缓存时，这种内存可见性是否也会发生，还是总是发生？如果只有一个核心，则缓存刷新不是问题1。尽管我了解竞争条件和死锁，但我在理解内存可见性问题时遇到了一些困难。这是架构特定的东西吗？是和不是。内存可见性可能会根据硬件架构的不同而有所不同，但编写代码以提供明确定义的行为的方式是独立于架构的。如果您确实需要深入了解内存可见性问题，则需要了解内存模型。Goetz 等人的第 16 章中以通俗易懂的方式对其进行了描述，并在 JLS 中进行了详细说明。我想知道为什么Thread.yield()调用不会屈服于主线程，然后主线程应该刷新到主内存可能Thread.yield() 会屈服于另一个可运行的线程。然而，当yield()调用时，线程很可能main不再可运行。（或者它可能仍在运行。）不会 在主线程和子线程中的任何语句之间yield()创建发生之前。如果没有发生之前关系，运行时就没有义务确保主线程分配的结果对子线程可见。虽然Thread.yield() 可能会执行缓存刷新2，但它将刷新子线程的缓存，而不是父线程的缓存。因此，子线程的循环可能会无限期地继续下去。1 - 实际上，这可能过于简单化了。例如，在一个具有一个核心和多个具有自己的缓存的超线程的系统中，将需要缓存刷新。2 - 例如，如果yield() 确实导致上下文切换，则上下文切换通常包括缓存刷新，作为操作系统执行的线程状态保存的一部分。但是，yield()不一定会导致上下文切换。此外，JLS 并没有规定这方面。

Answer 2

字段可见性意味着线程观察者字段值来自高速缓存，并且可以具有与 CPU 另一个核心中的其他高速缓存不同的状态。JVM 不保证访问共享资源的不同线程的字段可见性，程序员需要使用 synchronized 来防止读取不正确的状态，或使用 volatile 来保证更改被刷新到其他缓存。