JMM重排序与缓存同步场景下，JCStress测试为何未出现-1结果？

测试代码 #

public class Cache_01_Sample {

    @JCStressTest
    @Outcome(expect = ACCEPTABLE, desc = "9")
    @Outcome(id = "-1", expect = FORBIDDEN, desc = "0")
    @State
    public static class DemoCache {
        private Map<Integer, Integer> currentMap = new HashMap<>();

        private int size = 100000;

        public DemoCache() {
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                currentMap.put(i, i);
            }
        }

        @Actor
        public void get(I_Result result) {
            int i = new Random().nextInt(0, size);
            Integer value = this.currentMap.get(i);
            if (null == value) {
                result.r1 = -1;
            } else {
                result.r1 = value;
            }
        }

        @Actor
        public void refresh() {
            Map<Integer, Integer> map = new HashMap<>();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                map.put(i, i);
            }

            currentMap = map;
        }
    }
}

问题背景 #

基于JMM重排序与缓存同步机制开展上述JCStress测试，结果显示-1（即currentMap.get返回null的情况）从未出现，希望了解该现象的原因。

原因分析 #

• 单线程内的执行顺序保证：refresh方法中，新HashMap的所有put操作必然在currentMap = map的引用赋值之前完成。JMM的as-if-serial语义确保单个线程内的操作会按照代码逻辑顺序执行，不会出现“先把空map赋值给currentMap，再往里面put数据”的重排序。因此，当其他线程看到currentMap指向新map时，这个新map已经是完整初始化的，包含了0到99999的所有键值对。
• 旧map的完整性：即使get线程还在访问旧的currentMap，旧map在构造方法中已经完成了所有键值对的初始化，随机生成的i（0到99999）必然是旧map中存在的键，因此get操作不会返回null。
• 无半初始化map被访问：currentMap的引用赋值是原子操作，线程要么看到旧的完整map，要么看到新的完整map，不存在访问“正在初始化的半完整map”的可能。

综上，无论get线程访问的是旧map还是新map，目标键都必然存在，因此currentMap.get永远不会返回null，测试中也就不会出现-1的结果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者刘警君