为何System.out.println会改变Java多线程并发测试结果？

我正在测试一个多线程并发问题，由于未做同步，预期quantity结果可能小于0（非必然）。测试中发现，通过if(doPrintln)控制的System.out.println开关会改变测试结果：关闭时结果为1，不符合预期；开启时结果为-2499。请问为何调用System.out.println会持续改变结果？

原因解析 #

这是CPU核心缓存导致的内存可见性问题：

• 关闭System.out.println时，线程频繁操作的是CPU核心缓存里的quantity副本，没有及时同步到主内存。各个线程无法感知其他线程对quantity的修改，最终计算结果偏离预期。
• 开启System.out.println时，该方法内部自带synchronized同步锁（查看JDK源码可知，PrintStream的println方法会持有对象锁）。执行IO操作触发的上下文切换，会强制把CPU缓存中的数据同步到主内存，同时让其他线程读取到主内存的最新值，多线程对quantity的修改能被正确感知，也就出现了预期的负数结果。

修复方案 #

给quantity变量添加volatile关键字，强制线程每次读写都直接操作主内存，保证内存可见性；也可以使用synchronized同步块、AtomicInteger原子类等方式，从根本上解决线程安全问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者MangKyu