共享变量的内存可见性问题

谈到内存可见性，我们首先来看看在多线程下处理共享变量时 Java 的内存模型，如图 2-4 所示。

图 2-4

Java 内存模型规定，将所有的变量都存放在主内存中，当线程使用变量时，会把主内存里面的变量复制到自己的工作空间或者叫作工作内存，线程读写变量时操作的是自己工作内存中的变量。Java 内存模型是一个抽象的概念，那么在实际实现中线程的工作内存是什么呢？请看图 2-5。

图 2-5

图中所示是一个双核 CPU 系统架构，每个核有自己的控制器和运算器，其中控制器包含一组寄存器和操作控制器，运算器执行算术逻辑运算。每个核都有自己的一级缓存，在有些架构里面还有一个所有 CPU 都共享的二级缓存。那么 Java 内存模型里面的工作内存，就对应这里的 L1 或者 L2 缓存或者 CPU 的寄存器。

当一个线程操作共享变量时，它首先从主内存复制共享变量到自己的工作内存，然后对工作内存里的变量进行处理，处理完后将变量值更新到主内存。

那么假如线程 A 和线程 B 同时处理一个共享变量，会出现什么情况？我们使用图 2-5 所示 CPU 架构，假设线程 A 和线程 B 使用不同 CPU 执行，并且当前两级 Cache 都为空，那么这时候由于 Cache 的存在，将会导致内存不可见问题，具体看下面的分析。

● 线程 A 首先获取共享变量 X 的值，由于两级 Cache 都没有命中，所以加载主内存中 X 的值，假如为 0。然后把 X=0 的值缓存到两级缓存，线程 A 修改 X 的值为 1，然后将其写入两级 Cache，并且刷新到主内存。线程 A 操作完毕后，线程 A 所在的 CPU 的两级 Cache 内和主内存里面的 X 的值都是 1。

● 线程 B 获取 X 的值，首先一级缓存没有命中，然后看二级缓存，二级缓存命中了，所以返回 X= 1；到这里一切都是正常的，因为这时候主内存中也是 X=1。然后线程 B 修改 X 的值为 2，并将其存放到线程 2 所在的一级 Cache 和共享二级 Cache 中，最后更新主内存中 X 的值为 2；到这里一切都是好的。

● 线程 A 这次又需要修改 X 的值，获取时一级缓存命中，并且 X=1，到这里问题就出现了，明明线程 B 已经把 X 的值修改为了 2，为何线程 A 获取的还是 1 呢？这就是共享变量的内存不可见问题，也就是线程 B 写入的值对线程 A 不可见。

那么如何解决共享变量内存不可见问题？使用 Java 中的 volatile 关键字就可以解决这个问题，下面会有讲解。