一个java volatile测试揭开的陷阱

 玩java多线程的，大多都知道volatile：它能保证变量的可见性，其它线程能看到其最新值，但不能用于实现线程安全的变量自增；再深入点的可能知道，它会限制指令重排序，volatile操作前的操作（包括普通变量的读写）不能重排到它之后，反之亦然。

基于上面的认识，我设计了下面的测试

package test.thread;

public class TestVolatile {
    private volatile int n1=0;//volatile
    private int n2=0;

    public static void main(String[] a) {
        new TestVolatile().test();
        new TestVolatile().test();
    }

    public void test() {
        Thread t1 = new Thread() {
            public void run() {
                do{
//                	System.out.println("---");
                }while(n2-n1<=0);
                System.out.println("n2>n1");
            }
        };
        Thread t2 = new Thread() {
            public void run() {
                    for (;n1 < Integer.MAX_VALUE; ) {
                        ++n1;
                        ++n2;
                    }
                    System.out.println("stoped");
            }
        };
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

 

对于n1,n2，只有t2线程对其修改，并且n1总是先于n2自增，所以有：

n1在任何时刻都大于或等于n2

然后在t1线程里，根据表达式的顺序，先读取n2，再读取n1，因为都在增大，所以后读取的应该比先读取的大，并且n1是volatile的，能保证读到的是最新值，所以应该有

在t1线程里，表达式n2-n1<=0恒成立

但事实却并非如此，此测试会输出“n2>n1”（注意：需要让JVM在server模式下进行测试）

此问题困扰了我几个月，百思不得其解，最近这几天，在一篇深入分析volatile的文章（本文末尾有链接）里找到了答案

其实volatile并不保证所有情况都不进行重排序，像下面两种情况，是允许指令重排序的

1、普通变量的读/写操作，然后volatile变量的读操作

2、volatile变量的写操作，然后普通变量的读/写操作

再回过来看上面的测试，

++n1;可以看作是temp=n1;temp=temp+1;n1=temp;最后执行的肯定是一个写入操作，接着是++n2;是普通操作，按照上面的规则2，此处允许重排序，n2的写入若被排到了n1的写入之前，那么n1>=n2就不是恒成立的了；

不仅t2线程这出了问题，t1线程里也出了问题

n2-n1<=0，先是读取普通变量n2，然后是volatile变量n1的读操作，按照规则1，也是可以重排序的，如果先读取了n1，接着t2线程让n1、n2都增加了，t1然后再读了n2，那么完全有可能n2大于n1

至此问题已经分析清楚了，volatile并不严格保证指令不被重排序。

既然如此，这算不算是volatile的设计缺陷呢？

其实这不能算缺陷，因为该测试中，对volatile的使用本身就是不合适的（没加volatile的变量对其它线程的可见性本身就有问题，其值是不确定的），没必为一个错误的用法作出严格的保证

若想详细了解volatile，请参考此文：http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-4

在此感谢作者 程晓明，解开了我几个月来的困惑。