一個 println 居然比 volatile 還好使？，跪了

前兩天一個小夥伴忽然找我求助，說準備換個坑，最近在系統學習多線程知識，但遇到了一個刷新認知的問題……

做爲閱讀福利，小編也整理一些Java筆記資料（包含面試真題+腦圖+手寫pdf）須要的自行領取~

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小夥伴：Effective JAVA 裏的併發章節裏，有一段關於可見性的描述。下面這段代碼會出現死循環，這個我能理解，JMM 內存模型嘛，JMM 不保證 stopRequested 的修改能被及時的觀測到。

static boolean stopRequested = false;



public static void main(String[] args) throws InterruptedException {



    Thread backgroundThread = new Thread(() -> {

        int i = 0;

        while (!stopRequested) {

            i++;

        }

    }) ;

    backgroundThread.start();

    TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(10);

    stopRequested = true ;

}

但奇怪的是在我加了一行打印以後，就不會出現死循環了！難道我一行 println 能比 volatile 還好使啊？這倆也不要緊啊

static boolean stopRequested = false;



public static void main(String[] args) throws InterruptedException {



    Thread backgroundThread = new Thread(() -> {

        int i = 0;

        while (!stopRequested) {



            // 加上一行打印，循環就能退出了！

        	System.out.println(i++);

        }

    }) ;

    backgroundThread.start();

    TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(10);

    stopRequested = true ;

}

我：小夥子八股文背的挺熟啊，JMM 張口就來。 ?

我：這個……實際上是 JIT 乾的好事，致使你的循環沒法退出。JMM 只是一個邏輯上的內存模型，內部有些機制是和 JIT 有關的

好比你第一個例子裏，你用-Xint禁用 JIT，就能夠退出死循環了，不信你試試？

小夥伴：臥槽，真的能夠，加上 -Xint 循環就退出了，好神奇！JIT 是個啥啊？還能有這種功效？

JIT（Just-in-Time） 的優化

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衆所周知，JAVA 爲了實現跨平臺，增長了一層 JVM，不一樣平臺的 JVM 負責解釋執行字節碼文件。雖然有一層解釋會影響效率，但好處是跨平臺，字節碼文件是平臺無關的。

在 JAVA 1.2 以後，增長了 即時編譯（Just-in-Time Compilation，簡稱 JIT） 的機制，在運行時能夠將執行次數較多的熱點代碼編譯爲機器碼，這樣就不須要 JVM 再解釋一遍了，能夠直接執行，增長運行效率。

?

但 JIT 編譯器在編譯字節碼時，可不只僅是簡單的直接將字節碼翻譯成機器碼，它在編譯的同時還會作不少優化，好比循環展開、方法內聯等等…… ?

這個問題出現的緣由，就是由於 JIT 編譯器的優化技術之一 - 表達式提高（expression hoisting） 致使的。

表達式提高（expression hoisting）

先來看個例子，在這個 hoisting 方法中，for 循環裏每次都會定義一個變量 y，而後經過將 x*y 的結果存儲在一個 result 變量中，而後使用這個變量進行各類操做

public void hoisting(int x) {

	for (int i = 0; i < 1000; i = i + 1) {

		// 循環不變的計算 

		int y = 654;

		int result = x * y;



		// ...... 基於這個 result 變量的各類操做

	}

}

可是這個例子裏，result 的結果是固定的，並不會跟着循環而更新。因此徹底能夠將 result 的計算提取到循環以外，這樣就不用每次計算了。JIT 分析後會對這段代碼進行優化，進行表達式提高的操做：

public void hoisting(int x) {

	int y = 654;

	int result = x * y;



	for (int i = 0; i < 1000; i = i + 1) {	

		// ...... 基於這個 result 變量的各類操做

	}

}

這樣一來，result 不用每次計算了，並且也徹底不影響執行結果，大大提高了執行效率。

注意，編譯器更喜歡局部變量，而不是靜態變量或者成員變量；由於靜態變量是「逃逸在外的」，多個線程均可以訪問到，而局部變量是線程私有的，不會被其餘線程訪問和修改。 ?

編譯器在處理靜態變量/成員變量時，會比較保守，不會輕易優化。 ?

像你問題裏的這個例子中，stopRequested就是個靜態變量，編譯器本不該該對其進行優化處理；

static boolean stopRequested = false;// 靜態變量



public static void main(String[] args) throws InterruptedException {



    Thread backgroundThread = new Thread(() -> {

        int i = 0;

        while (!stopRequested) {

			// leaf method

            i++;

        }

    }) ;

    backgroundThread.start();

    TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(10);

    stopRequested = true ;

}

但因爲你這個循環是個 leaf method，即沒有調用任何方法，因此在循環之中不會有其餘線程會觀測到stopRequested值的變化。那麼編譯器就冒進的進行了表達式提高的操做，將stopRequested提高到表達式以外，做爲循環不變量（loop invariant）處理：

int i = 0;



boolean hoistedStopRequested = stopRequested;// 將stopRequested 提高爲局部變量

while (!hoistedStopRequested) {    

	i++;

}

這樣一來，最後將 stopRequested賦值爲 true 的操做，影響不了提高的hoistedStopRequested的值，天然就沒法影響循環的執行了，最終致使沒法退出。 ?

至於你增長了 println 以後，循環就能夠退出的問題。是由於你這行 println 代碼影響了編譯器的優化。println 方法因爲最終會調用 FileOutputStream.writeBytes 這個 native 方法，因此沒法被內聯優化（inling）。而未被內斂的方法調用從編譯器的角度看是一個「full memory kill」，也就是說 反作用不明 、必須對內存的讀寫操做作保守處理。 ?

在這個例子裏，下一輪循環的 stopRequested 讀取操做按順序要發生在上一輪循環的 println 以後。這裏「保守處理」爲：就算上一輪我已經讀取了 stopRequested 的值，因爲通過了一個反作用不明的地方，再到下一次訪問就必須從新讀取了。 ?

因此在你增長了 prinltln 以後，JIT 因爲要保守處理，從新讀取，天然就不能作上面的表達式提高優化了。 ?

以上對表達式提高的解釋，總結摘抄自 R大的知乎回答。 ?

我：「這下明白了吧，這都是 JIT 乾的好事，你要是禁用 JIT 就沒這問題了」

小夥伴：「臥槽????，一個簡單的 for 循環也太多機制了，沒想到 JIT 這麼智能，也沒想到 R 大這麼????」

小夥伴：「那 JIT 必定不少優化機制吧，除了這個表達式提高還有啥？」

我：我也不是搞編譯器的……哪瞭解這麼多，就知道一些經常使用的，簡單給你說說吧

表達式下沉（expression sinking）

和表達式提高相似的，還有個表達式下沉的優化，好比下面這段代碼：

public void sinking(int i) {

	int result = 543 * i;



	if (i % 2 == 0) {

		// 使用 result 值的一些邏輯代碼

	} else {

		// 一些不使用 result 的值的邏輯代碼

	}

}

因爲在 else 分支裏，並無使用 result 的值，可每次無論什麼分支都會先計算 result，這就不必了。JIT 會把 result 的計算表達式移動到 if 分支裏，這樣就避免了每次對 result 的計算，這個操做就叫表達式下沉：

public void sinking(int i) {

	if (i % 2 == 0) {

		int result = 543 * i;

		// 使用 result 值的一些邏輯代碼

	} else {

		// 一些不使用 result 的值的邏輯代碼

	}

}

JIT 還有那些常見優化？

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