深入解析 Java 内存可见性问题：从现象到 volatile 解决方案

前面我们提到内存可见性问题也是引起线程安全的一个原因，本文我们就来详细说一下什么是内存可见性问题。

引入问题

java 复制代码

import java.util.Scanner;

public class Demo6 {
    private static int flag=0;
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1=new Thread(()->{
            while (flag==0){

            }
            System.out.println("t1线程结束");
        });
        Thread t2=new Thread(()->{
           //该线程针对flag进行修改
            Scanner scanner=new Scanner(System.in);
            System.out.println("请输入flag的值");
            flag= scanner.nextInt();
        });
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

由运行结果可以看出，我们输入了一个非0值，但是t1线程并没有结束，所以这也是一个线程安全问题。

出现这一现象的原因就是内存可见性问题。

这是因为研究JDK的大佬们，希望通过编译器或者JVM对程序员写的代码进行优化。

编译器或者JVM会在我们原有代码逻辑不变的情况下，对我们的代码进行调整，让我们代码的执行效率提高。

但是虽然编译器声称会让原代码的执行逻辑不变，但在多线程中，编译器的判断可能会失误。

这就导致可能因为编译器的优化，让优化后的逻辑和优化前的逻辑在一些细节上会有些偏差 ~

那么这时就会出现一些线程安全问题。

分析问题

在上述循环中，flag==0这一判断在计算机中对应的是一个cmp这样的指令。

而一个cmp指令执行之前又要先进行load （读内存操作）指令。

这里要注意的是load的时间开销可能是cmp的几千倍。

而flag的值的修改是在t2线程中等待用户输入的，由于我们并不确定用户多长时间后才修改flag的值，那么这段时间内，JVM就会误以为没人修改flag的数值，flag的数值始终是0。

那么此时，就把读内存的操作优化为了读寄存器的操作 。

（即把内存中的值读取到寄存器中，后续再进行load操作之后，就不从内存中读取了，直接从寄存器中读取）

那么等到很多秒之后，再修改flag的数值，此时t1线程就感知不到了。
由此可见，编译器优化，使得t1线程的读取操作，不是真正读内存。

调整代码

接下来我们对上述代码的循环内部稍作调整

java 复制代码

 while (flag==0){
                try {
                    Thread.sleep(1);
                } catch (InterruptedException e) {
                }
            }

这次运行结果就是符合我们的预期的，这是什么原因呢？

这是因为当我们加入sleep（1）操作之后就让上面的循环次数大幅度减少了，而且sleep消耗的时间要比load和cmp多得多，那么此时优不优化就无足轻重了。

因此，这次的运行结果是符合我们的预期的。

解决问题

上述问题在编译器优化的角度是难以进行调整的，于是我们在语法中引入了volatile关键字用来解决上述问题（该关键字只能用来修饰变量 ）

话不多说，上代码~~~

java 复制代码

 private static volatile int flag=0;

其实很简单，我们只需要在flag前面加上这个关键字即可，此时我们再执行这个代码，运行结果就符合我们的预期了~~~

这是因为 volatile 关键字会强制要求：每次读取该变量时，都必须从内存中重新获取最新值，而不能使用 CPU 寄存器中的数值；每次修改该变量后，也必须立即将新值同步回内存，确保其他线程能 "看到" 最新的变量状态。

结语

通过本文的案例分析，我们不仅搞懂了内存可见性问题的本质 ------ 编译器 / JVM 优化导致线程读取不到变量的最新内存状态，还掌握了最直接的解决方案：用 volatile 关键字修饰变量 。

在实际开发中，当多个线程涉及同一变量的读写操作时，及时使用 volatile，能有效避免因内存可见性引发的线程安全隐患。