线程安全可见性问题

public class VisibilityDemo {

    private boolean flag = true;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        VisibilityDemo demo = new VisibilityDemo();
        System.out.println("开始运行");
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                int i = 0;
                while (demo.flag){
                    i++;
                }
                System.out.println(i);
            }
        });
        thread1.start();
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        demo.flag = false;
        System.out.println("运行结束");
    }
}

如上，按照这段代码的目的来说，会在两秒后打印出 i 的值并结束。但运行后并不会结束，如下图

这就是一个可见性问题

那么问题就来了

1. 这段程序为什么不会正常运行
2. 如何能够让它正常运行

为什么不会正常运行

1. 缓存导致的可见性问题
   每一个线程都有自己的本地变量，从内存中拷贝到CPU缓存，每个CPU核心有自己的缓存。但是CPU自身保证了缓存的一致性，缓存刷新会有延迟，但也是延迟一段时间 i 就会打印出来，不会一直不打印。

2. JVM 的指令重排序
   JVM 的运行模式分为三种：编译模式、解释模式、混合模式
   编译模式：jit 将字节码提前编译为汇编
   解释模式：在程序运行时，一行一行的将字节码编译为汇编
   混合模式：运行过程中，对热点代码进行编译优化，与编译模式相同，其他非热点与解释模式相同
   在这个例子中，由于 jit 的优化导致程序没有按照预想的运行，优化后的程序相当于以下伪代码：

public void run() {
    int i = 0;
    boolean flag = demo.flag;
    while (flag){
        i++;
    }
    System.out.println(i);
}

指令重排序是在汇编阶段的操作，无法通过代码直接看到，不过我们可以在 jvm 的启动参数上加上

-Djava.compiler=NONE

关闭自动优化来验证

可以看到关闭后就打印出了 i 的值

如何修改代码使其正常运行

刚刚通过关闭 jit 的优化使其正常运行了，还可以通过修改代码让它正常运行

1. volatile

private volatile boolean flag = true;

jvm 规范规定了，被 volatile 关键字修饰的变量不能够进行指令重排序，也不能被CPU缓存，修改的值实时地写入内存。在这里 volatile 可以解决这个问题。
注意：volatile 是语法层面的，并不是 volatile 直接起作用，而是 jvm 规范规定了，然后厂商按照规范开发虚拟机，是在虚拟机层面实现了 volatile 涉及的功能。

2. synchronized

synchronized 关键字在这里不能解决这个问题，锁可以确保同一时间只有一个线程操作 i 变量，但这里不是多线程导致的，所以不能解决这个问题。

3. lock

同 synchronized 也不能解决这个问题。