Java 多线程并发，线程什么时候会刷新 "工作内存"

[laoluo1991]

讨论一个 Java 多线程相关的问题

存在线程 A、B, 共享变量 v , B 会循环读取变量 v

线程 A 对共享变量 v 进行了修改

线程 B 什么情况下能读到线程 A 修改后的值

测试代码如下

目前已知测试

循环体内为空的时候不停

循环体内为 Object obj = new Object(); 的时候不停

循环体内为 System.out.println(); 的时候停

循环体内为 Thread.sleep(1000); 的时候停

循环体内为 File file = new File("C:\work\test.txt"); 的时候停

public class TestDemo {

    private  static boolean  keepRunning = true;

    public static void main(String[] args)  throws Exception {
        new Thread(
            ()->{
                while (keepRunning){
                    //do something
                }
                System.out.println("循环停止");
            }
        ).start();
        Thread.sleep(1000);
        keepRunning = false;
        System.out.println("下达循环停止指令");
    }

}

[vansl]

是想验证进行 I/O 等导致线程阻塞的操作时会刷新本地内存？貌似没有意义吧。

[momocraft]

做了（ Jawa 内存模型中能保证内存可见性的事，如 volatile / monitor / explicit lock ）就应该看得到

不做未必看不到，但应把看到视作偶然，不要基于巧合编程

[gamexg]

赞同楼上，不要依赖巧合。
非 java 程序员，不清楚语言有哪些线程同步机制。
但是大部分语言都是一样的，如果代码不明确的线程同步，那么编译器、cpu 有可能做出各种缓存、乱序执行，结果会不可预期。

[xomix]

虽然主语言不是 java，但是赞同不要基于巧合编程的答案。

[peyppicp]

keepRunning 这个变量是在内存上的，并不在 cpu 缓存上，读取运算的时候要先从内存加载到缓存上，如果 cpu 的缓存没有更新，那么读到的就是旧值。
IO 线程在遇到阻塞时，cpu 会将其切换，在其重新执行时，会重新从内存中加载数据，如 keepRunning，这个时候 keepRunning 已经被更新了，所以循环就停止了。

[codehz]

推荐去了解一下 java 的内存模型，这个关键词应该能搜索到相关内容了

[gaius]

用 volitale

[xzg]

@peyppicp 赞成楼上的说法，读取 cpu 缓存的值是关键

[neoblackcap]

@peyppicp JIT 之后 keepRunning 会不会优化成在 CPU 缓存上啊？

[reus]

最怕拿一次两次的测试当真理
如果内存模型没有保证，那可能下个版本就不是这样了，你这就是埋坑

[peyppicp]

@neoblackcap 在这个 case 下，keepRunning 应该会被 JIT 优化到 main 函数里面的一个局部变量，这个这个玩意是分配在栈上的，栈在内存上，所以还是会在内存上，并不会优化到 cpu 缓存。

个人想法，欢迎各位探讨

[yidinghe]

多线程访问同一个对象或变量，要严格进行同步操作。最简单的办法就是 synchronized 关键字。

[turnrut]

跟 java 内存模型没太大关系, cpu 为了性能会优先从自己的独立高速缓存(程序无法感知)操作数据, intel 的指令里专门提供了一个前缀 F0H 强制使用主内存.
The LOCK prefix (F0H) forces an operation that ensures exclusive use of shared memory in a multiprocessor environment.
详见 Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manuals Vol. 2A 2.2.1
链接 https://software.intel.com/sites/default/files/managed/39/c5/325462-sdm-vol-1-2abcd-3abcd.pdf

[neoblackcap]

@peyppicp
@turnrut

感觉还是 @turnrut 说得对啊。不过这样又会牵涉到硬件，毕竟这代码只是 Java。比如这个 JVM 是跑在非 x86 的 CPU 上，那结果大概也会不一样。

[turnrut]

上面说的有点问题, 专门有几个指令用来刷新 cpu cache 的
比如 CLFLUSH — Flush Cache Line
https://www.felixcloutier.com/x86/clflush

[peyppicp]

@neoblackcap 是我说的不清楚？ cpu 执行指令的时候要先从内存加载到缓存，我已经说明过了。JIT 优化 keepRunning 之后，keepRunning 也会分配到内存上，执行的时候加载到 cpu 缓存里。JIT 是不能直接优化到 cpu 缓存里面的

[neoblackcap]

@peyppicp 是啊，会加载到缓存。那么程序应该是直接读缓存的吧？那么比如线程 1 在核心 1 上跑，线程 2 在核心 2 上跑，线程 1 将 keepRunning 设成 false，这里没有同步的话，这个 keepRunning 的值按道理不会立刻刷新核心 2 的高速缓存吧。什么时候线程 2 停止应该是不确定的。

[gtexpanse]

你得到的结论只是巧合——如果严格点从 jvm 的角度来说（其实这个“什么时候刷新”跟 jvm 也没啥关系）。

[gamexg]

@neoblackcap cpu 高速缓存问题倒是不用担心，cpu 硬件可以保证 cpu 核 1 更新了内存时其他核心的缓存会失效。

[gamexg]

@gamexg #19 但是这里只是直接读写内存硬件上可以保证高速缓存不会是旧数据。

应用程序自己从内存读到寄存器的数据不会受这个保护，还会是旧值。

[letianqiu]

@peyppicp 你是基于发生 context switch 的时候 CPU 会 flush 掉 cache，这个不一定成立。

[zjp]

System.out.println();方法有 synchronized 修饰，使得虚拟机很有可能刷新本地内存。然后有些错误的并发代码加了行输出做调试就看起来正常了……

[neoblackcap]

@gamexg 我记得哪怕 x86 也要加对应的内存屏障啊

[gamexg]

@neoblackcap #23 关键字 高速缓存一致性

[Banxiaozhuan]

@neoblackcap 我咋感觉这些回复都很水。。。。
都撤到了系统架构。。。 傻不傻，， 看看七楼回答的这个 volitale。
人家都帮你做好了，还在乱研究，多读书，别做无头苍蝇。

[fuyufjh]

memory barrier

ps. JVM 内存模型就像 java 标准一样，是给 JVM 开发者看的。各位 Java 用户直接去搞懂 CPU cache 就足够了

[choice4]

为了提升性能，线程里面有工作内存，这样访问数据不用去主存读取，可以快一些。共享变量被线程修改后，该线程的工作内存中的值就会和其他线程不一致，也和主存的值不一致，所以需要将工作内存的值刷入主存，但是这个刷入可能其他线程并没有看到。使用 volatile 后可以通过 cpu 指令屏障强制要求读操作发生在写操作之后，并且其他线程在读取该共享变量时，需要先清理自己的工作内存的该值，转而重新从主存读取，volatile 保证一定会刷新，但是不写也不一定其他线程看不见。
就是上面大哥说的巧合（即这种不一定每次都会有正确的保障）

[HhZzXx]

推荐看 java concurrent in practice

[asd123456cxz]

同意解决问题的方式使用 volatile，这是字节码指令->内存屏障的事。至于（无同步操作下，何时工作内存数据刷到主存）这个问题我也想过，如果有大神了解希望解答。

[cyspy]

如果不加 volatile，应该是写入方的 cache 被刷新到主存之后，读取方 cache 失效的时候，从主存里取到新值

[turnrut]

@asd123456cxz 抛开硬件中断的情况，cpu 顺序执行内存里的指令，假设它的高速缓存是 1k，当它开始执行 3k 位置处的指令，写回原缓存，并把 3-4k 的数据度入缓存里，在执行出这个范围外前一定会写回内存。至于在这个缓存范围内循环执行，不保证是否写回和写回的频率。
再来谈中断的情况，中断后会去执行预设固定位置的代码，简单的把它看成一次大跳转，中断前后一定会刷新缓存。然后系统内核提供给用户空间的接口都是(软)中断实现的，比如读取一个文件。即使不用内核的中断写一个死循环，但是还有最基础的硬件时间中断，比如进程和线程的调度就靠它。
这个问题分成两层，如果想写正确的 java 代码，那只需要清楚 java 里几个关键字的语义。原理的话，天然离不开 cpu 和操作系统这些底层的东西，每一层抽象都为下一层提供语义上的保证，代码最终还是老老实实的跑在硬件上。

[yuyujulin]

@choice4 这个主内存是不是就是 CPU 的缓存呢？

[choice4]

@yuyujulin java 里边可以简单理解为 jvm 堆区，

[asd123456cxz]

@turnrut #31 感谢大佬。话说出于好奇看了下你之前的回复。。感觉好强啊，同样是自学 Java 差距巨大，不介意的话可以加个微信交流下吗？我的微信是 sul609。或者讲讲大佬你的学习路线学习途经什么的也是极好的！

[yuyujulin]

@choice4 那这么说的话，跟 CPU 缓存是没什么关系咯？

[choice4]

@yuyujulin 主存主要包括本地方法区和堆区，线程工作内存主要包括 线程私有的栈区和对主存中部分变量拷贝的寄存器（包括程序计数器和 cpu 高速缓存）

[lswang]

楼主应该是不明白 while 循环里面是空的时候，为何循环停不了吧。(因为一开始我也想不明白为什么)
停不了的原因是 JIT 作祟了。楼主可以在 java 运行参数中加上 -Xint，while 里面即使为空，也是可以结束的