同步和Java内存模型 (三)可见性

只有在下列情况时,一个线程对字段的修改才能确保对另一个线程可见:

  • 一个写线程释放一个锁之后,另一个读线程随后获取了同一个锁。
    本质上,线程释放锁时会将强制刷新工作内存中的脏数据到主内存中,获取一个锁将强制线程装载(或重新装载)字段的值。锁提供对一个同步方法或块的互斥性执行,线程执行获取锁和释放锁时,所有对字段的访问的内存效果都是已定义的。
    注意同步的双重含义:锁提供高级同步协议,同时在线程执行同步方法或块时,内存系统(有时通过内存屏障指令)保证值的一致性。这说明,与顺序程序设计相比较,并发程序设计与分布式程序设计更加类似。同步的第二个特性可以视为一种机制:一个线程在运行已同步方法时,它将发送和/或接收其他线程在同步方法中对变量所做的修改。从这一点来说,使用锁和发送消息仅仅是语法不同而已。
  • 如果把一个字段声明为volatile型,线程对这个字段写入后,在执行后续的内存访问之前,线程必须刷新这个字段且让这个字段对其他线程可见(即该字段立即刷新)。每次对volatile字段的读访问,都要重新装载字段的值。
  • 一个线程首次访问一个对象的字段,它将读到这个字段的初始值或被某个线程写入后的值。
    此外,把还未构造完成的对象的引用暴露给某个线程,这是一个错误的做法 (see ?.1.2)。在构造函数内部开始一个新线程也是危险的,特别是这个类可能被子类化时。Thread.start有如下的内存效果:调用start方法的线程释放了锁,随后开始执行的新线程获取了这个锁。如果在子类构造函数执行之前,可运行的超类调用了new Thread(this).start(),当run方法执行时,对象很可能还没有完全初始化。同样,如果你创建且开始一个新线程T,这个线程使用了在执行start之后才创建的一个对象X。你不能确信X的字段值将能对线程T可见。除非你把所有用到X的引用的方法都同步。如果可行的话,你可以在开始T线程之前创建X。
  • 线程终止时,所有写过的变量值都要刷新到主内存中。比如,一个线程使用Thread.join来终止另一个线程,那么第一个线程肯定能看到第二个线程对变量值得修改。

注意,在同一个线程的不同方法之间传递对象的引用,永远也不会出现内存可见性问题。
内存模型确保上述操作最终会发生,一个线程对一个特定字段的特定更新,最终将会对其他线程可见,但这个“最终”可能是很长一段时间。线程之间没有同步时,很难保证对字段的值能在多线程之间保持一致(指写线程对字段的写入立即能对读线程可见)。特别是,如果字段不是volatile或没有通过同步来访问这个字段,在一个循环中等待其他线程对这个字段的写入,这种情况总是错误的(see ?.2.6)。

在缺乏同步的情况下,模型还允许不一致的可见性。比如,得到一个对象的一个字段的最新值,同时得到这个对象的其他字段的过期的值。同样,可能读到一个引用变量的最新值,但读取到这个引用变量引用的对象的字段的过期值。
不管怎样,线程之间的可见性并不总是失效(指线程即使没有使用同步,仍然有可能读取到字段的最新值),内存模型仅仅是允许这种失效发生而已。因此,即使多个线程之间没有使用同步,也不保证一定会发生内存可见性问题(指线程读取到过期的值),java内存模型仅仅是允许内存可见性问题发生而已。在很多当前的JVM实现和java执行平台中,甚至是在那些使用多处理器的JVM和平台中,也很少出现内存可见性问题。共享同一个CPU的多个线程使用公共的缓存,缺少强大的编译器优化,以及存在强缓存一致性的硬件,这些都会使线程更新后的值能够立即在多线程之间传递。这使得测试基于内存可见性的错误是不切实际的,因为这样的错误极难发生。或者这种错误仅仅在某个你没有使用过的平台上发生,或仅在未来的某个平台上发生。这些类似的解释对于多线程之间的内存可见性问题来说非常普遍。没有同步的并发程序会出现很多问题,包括内存一致性问题。

原文:http://gee.cs.oswego.edu/dl/cpj/jmm.html 第三章
作者:Doug Lea 译者:程晓明 校对:方腾飞

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