Java数据竞争疑问：无同步布尔变量为何可能引发无限循环？

问题背景 #

DZone上有这样的论断：当两个或更多线程在无同步的情况下访问同一个非final变量时会发生数据竞争。不使用同步可能导致修改对其他线程不可见，进而读取到过期数据，引发无限循环、数据结构损坏或计算错误等问题。文中给出如下代码，称其可能因读取线程永远无法感知写入线程的修改而陷入无限循环：

class Waiter implements Runnable {
  private boolean shouldFinish;

  void finish() { shouldFinish = true; }

  public void run() {
    long iteration = 0;
    while (!shouldFinish) {
      iteration++;
    }
    System.out.println("Finished after: " + iteration);
  }
}

class DataRace {

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    Waiter waiter = new Waiter();
    Thread waiterThread = new Thread(waiter);
    waiterThread.start();

    waiter.finish();
    waiterThread.join();
  }
}

疑问点 #

• Java中boolean类型的读写属于原子操作，为啥还会出现无限循环？
• 即便某次循环没感知到修改，下一次循环总该能看到变化吧？
• 实际情况真的会无限循环吗？原因是读取线程永远不让渡CPU给写入线程吗？如果是这样，这还能被称为数据竞争吗？

解答 #

这段代码确实可能陷入无限循环，核心原因不是线程不让渡CPU，而是Java内存模型（JMM）的可见性规则和JIT编译器的优化，具体如下：

1. 原子性≠可见性
   boolean的读写是原子操作没错，但原子性仅保证操作不会被拆分执行，不保证修改后的数值能立刻同步到主存并被其他线程看到。每个线程都有自己的工作内存，会将主存中的变量拷贝到本地缓存使用。写入线程调用finish()修改shouldFinish后，这个修改可能仅停留在自身的工作内存中，没有同步到主存；而读取线程则一直从自己的工作内存中读取旧值，永远看不到更新。

2. JIT编译器的激进优化
   JIT编译器会对循环代码做优化，比如将while (!shouldFinish)中的变量读取直接缓存到寄存器中，不再每次循环都去主存重新读取。也就是说，代码会被优化成类似“如果第一次读取到shouldFinish为false，就直接进入无限循环，再也不检查主存中变量的最新值”，这直接导致读取线程永远感知不到写入线程的修改。

3. 这确实属于数据竞争
   数据竞争的定义是：多个线程访问同一非final变量，至少有一个线程在执行写操作，且没有使用同步机制（如synchronized、volatile等）来协调这些访问。这里写入线程修改shouldFinish，读取线程循环读取该变量，完全符合数据竞争的条件，和线程是否让渡CPU无关——哪怕写入线程已经执行完finish()方法，读取线程仍可能因可见性问题看不到修改。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者xpt