为什么这个Java计划会终止，尽管它显然不应该（也没有）？

Question

今天我实验室的一个敏感操作完全出了问题。一台电子显微镜上的一个致动器越过了它的边界，在一系列事件之后，我损失了1200万美元的设备。我将故障模块中的40K行缩小到以下范围：

import java.util.*;

class A {
    static Point currentPos = new Point(1,2);
    static class Point {
        int x;
        int y;
        Point(int x, int y) {
            this.x = x;
            this.y = y;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        new Thread() {
            void f(Point p) {
                synchronized(this) {}
                if (p.x+1 != p.y) {
                    System.out.println(p.x+" "+p.y);
                    System.exit(1);
                }
            }
            @Override
            public void run() {
                while (currentPos == null);
                while (true)
                    f(currentPos);
            }
        }.start();
        while (true)
            currentPos = new Point(currentPos.x+1, currentPos.y+1);
    }
}

我得到的一些输出示例：

$ java A
145281 145282
$ java A
141373 141374
$ java A
49251 49252
$ java A
47007 47008
$ java A
47427 47428
$ java A
154800 154801
$ java A
34822 34823
$ java A
127271 127272
$ java A
63650 63651

因为这里没有任何浮点运算，而且我们都知道有符号整数在Java溢出时表现良好，所以我认为这段代码没有问题。然而，尽管输出表明程序没有达到退出条件，但它却达到了退出条件（既达到了又没有达到？）。为什么？

我注意到在某些环境中不会发生这种情况。我在64位Linux上使用OpenJDK6。

Answer 1

由于currentpos是在线程外部更改的，因此应将其标记为volatile:

static volatile Point currentPos = new Point(1,2);

如果没有volatile，html" target="_blank">线程就不能保证读取主线程中对currentPos的更新。因此会继续为currentPos编写新的值，但出于性能原因，thread会继续使用以前的缓存版本。因为只有一个线程修改currentPos，所以您可以在没有锁的情况下离开，这将提高性能。

如果在线程中只读取一次值以用于比较和随后的显示，结果看起来会有很大的不同。当我执行以下操作时，x总是显示为1，y在0和某个大整数之间变化。我认为，在没有volatile关键字的情况下，它的行为在某种程度上是未定义的，可能是代码的JIT编译导致了它的这种行为。此外，如果注释掉空的synchronized(this){}块，那么代码也可以正常工作，我怀疑这是因为锁定引起了足够的延迟，currentpos及其字段被重新读取，而不是从缓存中使用。

int x = p.x + 1;
int y = p.y;

if (x != y) {
    System.out.println(x+" "+y);
    System.exit(1);
}

Answer 2

很明显，在读取之前，写currentPos是不会发生的，但我不认为这会是问题所在。

currentpos=new Point(currentpos.x+1,currentpos.y+1)；执行了一些操作，包括将默认值写入x和y(0)，然后将它们的初始值写入构造函数。由于您的对象没有安全地发布，编译器/JVM可以自由地重新排序这4个写操作。

因此，从读取线程的角度来看，使用新值读取x而使用默认值0读取y是合法的执行。当您到达println语句（顺便说一下，该语句是同步的，因此会影响读取操作）时，变量已经有了它们的初始值，程序将打印期望值。

将currentpos标记为volatile将确保安全发布，因为您的对象实际上是不可变的--如果在您的实际用例中，对象在构造后发生了变化，volatile的保证是不够的，您可能会再次看到不一致的对象。

或者，您可以使点不可变，这也将确保安全发布，即使不使用volatile。要实现不变性，只需将x和y标记为final。

作为附带说明，正如前面提到的，synchronized(this){}可以被JVM视为no-op（我知道您包含它是为了再现该行为）。