哪些操作会清除线程本地缓存？解析Java示例中操作的共性

示例代码与现象 #

参考的示例代码如下：

public class VolatileKeyword {
    private static final Logger LOGGER = Logger.getLogger(VolatileKeyword.class);
    private static int MY_INT = 0;

    public static void main(String[] args) {
        new ChangeListener().start();
        new ChangeMaker().start();
    }

    static class ChangeListener extends Thread {
        @Override public void run() {
            int local_value = MY_INT;
            while (local_value < 5) {
                // (A)
                if (local_value != MY_INT) {
                    LOGGER.info("Got Change for MY_INT : " + MY_INT);
                    local_value = MY_INT;
                }
            }
        }
    }

    static class ChangeMaker extends Thread {
        @Override public void run() {
            int local_value = MY_INT;
            while (MY_INT < 5) {
                LOGGER.log(Level.INFO, "Incrementing MY_INT to " + (local_value + 1));
                MY_INT = ++local_value;
                try {
                    Thread.sleep(500);
                }
                catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }
}

原程序输出 #

原程序中ChangeListener线程只会读取本地缓存的MY_INT值，输出如下：

Incrementing MY_INT to 1
Incrementing MY_INT to 2
Incrementing MY_INT to 3
Incrementing MY_INT to 4
Incrementing MY_INT to 5

修改(A)处后的输出 #

若将// (A)替换为以下任一操作，输出会和MY_INT声明为volatile时一致：

• Thread.currentThread().isAlive();
• Thread.sleep(0)
• Thread.interrupted();
• System.out.print("");
• 为ChangeListener添加volatile整数x，将// (A)替换为x += MY_INT

此时输出为：

Incrementing MY_INT to 1
Got Change for MY_INT : 1
Incrementing MY_INT to 2
Got Change for MY_INT : 2
Incrementing MY_INT to 3
Got Change for MY_INT : 3
Incrementing MY_INT to 4
Got Change for MY_INT : 4
Incrementing MY_INT to 5
Got Change for MY_INT : 5

问题 #

上述操作的共同特性是什么，导致线程缓存被清除？补充说明：最后两个操作明显涉及volatile或同步代码从而触发缓存重置，但其他操作的原因是什么？

解答 #

这些操作的核心共同点是：它们都会触发Java内存模型（JMM）中的内存屏障（Memory Barrier），强制线程刷新本地缓存，重新从主内存读取共享变量。具体拆解：

• Thread.currentThread().isAlive()、Thread.sleep(0)、Thread.interrupted()：这类Thread类的方法内部包含线程状态检查或底层同步逻辑，JVM会自动为其插入内存屏障，确保线程对共享变量的读写操作与主内存同步，打破本地缓存的只读优化。
• System.out.print("")：System.out对应的PrintStream类，所有输出方法都带有synchronized同步块。进入/退出同步块时，JMM会强制线程将本地缓存的修改刷入主内存，同时从主内存重新读取所有共享变量的最新值，相当于隐式触发了内存可见性保证。
• 涉及volatile变量的操作：volatile变量的读写本身就会触发内存屏障——写volatile会强制刷本地缓存到主内存，读volatile会强制从主内存读取，同时根据JMM的happen-before规则，volatile操作会带动周围共享变量的内存可见性，因此MY_INT的读取也会同步到主内存的最新值。

本质上，这些操作都间接触发了内存屏障，让ChangeListener线程能看到ChangeMaker线程修改的MY_INT最新值，行为就和MY_INT被声明为volatile一致。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dazzling4