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Java多线程——加入一个CPU繁重的线程和volatile关键字

coder 2024-03-11 原文

因此，在一些工作面试之后，我想编写一个小程序来检查 i++ 在 Java 中是否真的是非原子的，并且在实践中应该添加一些锁定来保护它。事实证明你应该这样做，但这不是这里的问题。

所以我在这里写了这个程序只是为了检查一下。

问题是，它挂了。似乎主线程卡在 t1.join() 上 行，即使由于上一行中的 stop = true，两个工作线程都应该完成。

我发现在以下情况下悬挂会停止:

  • 我在工作线程中添加了一些打印(如评论中所述)，可能导致工作线程有时放弃 CPU 或
  • 如果我将标志 boolean stop 标记为 volatile，导致立即写入 被工作线程看到，或者
  • 如果我将计数器 t 标记为 volatile... 为此，我不知道是什么原因导致未挂起。

谁能解释一下这是怎么回事？为什么我会看到挂起，为什么在这三种情况下它会停止？

public class Test {   

    static /* volatile */ long t = 0;
    static long[] counters = new long[2]; 
    static /* volatile */ boolean stop = false;

    static Object o = new Object();
    public static void main(String[] args) 
    {
        Thread t1 = createThread(0);
        Thread t2 = createThread(1);

        t1.start();
        t2.start();

        Thread.sleep(1000);

        stop = true;

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("counter : " + t + " counters : " + counters[0] + ", " + counters[1]  + " (sum  : " + (counters[0] + counters[1]) + ")");

    }

    private static Thread createThread(final int i)
    {
        Thread thread = new Thread() { 
            public void run() {
                while (!stop)
                {
//                  synchronized (o) {                      
                        t++;
//                  }

//                  if (counters[i] % 1000000 == 0)
//                  {
//                      System.out.println(i + ")" + counters[i]); 
//                  }
                    counters[i]++;
                }
            }; 
        };
        return thread;
    }
}

最佳答案

It seems that the main thread is stuck on on t1.join() line, even though both worker threads should finish because of the stop = true from previous line.

在没有volatile、锁定或其他安全发布机制的情况下，JVM 没有义务永远使stop = true 可见到其他线程。具体适用于您的情况，当您的主线程 hibernate 一秒钟时，JIT 编译器将您的 while (!stop) 热循环优化为 

if (!stop) {
    while (true) {
        ...
    }
}

这种特殊的优化称为将读取操作“提升”到循环之外。

I found that the hanging stops if :

  • I add some printing inside the worker threads (as in the comments), probably causing the worker threads to sometime give up CPU

不是，因为 PrintStream::println 是同步方法。所有已知的 JVM 都会在 CPU 级别发出内存栅栏，以确保“获取”操作(在本例中为锁定获取)的语义，这将强制重新加载 stop 变量。这不是规范要求的，只是一个实现选择。

  • If I mark the flag boolean stop as volatile, causing the write to immediately be seen by worker threads

规范实际上没有关于 volatile 写入何时必须对其他线程可见的挂钟时间要求，但在实践中可以理解它必须“很快”变得可见。因此，此更改是确保对 stop 的写入安全发布到其他读取它的线程并随后被其他线程观察到的正确方法。

  • If I mark the counter t as volatile... for this I have no idea what causes the un-hanging.

这些又是 JVM 为确保 volatile 读取的语义所做的工作的间接影响，这是另一种“获取”线程间操作。

总而言之，除了使 stop 成为可变变量的更改外，由于底层 JVM 实现的意外副作用，您的程序从永远挂起切换到完成，为了简单起见，它做了更多线程局部状态的刷新/失效超出规范要求。

关于Java多线程——加入一个CPU繁重的线程和volatile关键字，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/43178819/

多线mdashcodevolatilecountersjavamultithreading

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