どうしてもこのJavaプログラムが終了すべきではない（そしてそうでなかった）にもかかわらず終了するのはなぜですか？

今日の私の研究室での敏感な操作は完全に間違っていました。電子顕微鏡のアクチュエーターはその境界を越え、一連の出来事の後に私は1200万ドルの機器を失いました。障害のあるモジュールの40K行以上を次のように絞り込みました。

import java.util.*;

class A {
    static Point currentPos = new Point(1,2);
    static class Point {
        int x;
        int y;
        Point(int x, int y) {
            this.x = x;
            this.y = y;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        new Thread() {
            void f(Point p) {
                synchronized(this) {}
                if (p.x+1 != p.y) {
                    System.out.println(p.x+" "+p.y);
                    System.exit(1);
                }
            }
            @Override
            public void run() {
                while (currentPos == null);
                while (true)
                    f(currentPos);
            }
        }.start();
        while (true)
            currentPos = new Point(currentPos.x+1, currentPos.y+1);
    }
}

私が得ている出力のいくつかのサンプル：

$ java A
145281 145282
$ java A
141373 141374
$ java A
49251 49252
$ java A
47007 47008
$ java A
47427 47428
$ java A
154800 154801
$ java A
34822 34823
$ java A
127271 127272
$ java A
63650 63651

ここには浮動小数点演算がなく、Javaのオーバーフロー時に符号付き整数が適切に動作することは誰もが知っているので、このコードに問題はないと思います。ただし、プログラムが終了条件に到達しなかったことを示す出力にもかかわらず、プログラムは終了条件に到達しました（到達しましたが、到達しませんでしたか？）。どうして？

これは一部の環境では発生しないことに気づきました。私は上だOpenJDKの 64ビットLinux上の6。

明らかにcurrentPosへの書き込みはそれを読み取る前に行われませんが、それがどのように問題になるのかはわかりません。

currentPos = new Point(currentPos.x+1, currentPos.y+1);xおよびy（0）へのデフォルト値の書き込み、コンストラクターでの初期値の書き込みなど、いくつかのことを行います。オブジェクトは安全に公開されていないため、これらの4つの書き込み操作はコンパイラー/ JVMによって自由に並べ替えることができます。

したがって、読み取りスレッドの観点から見るxと、新しい値を使用して読み取ることは合法的な実行ですがy、たとえば、デフォルト値は0です。printlnステートメントに到達するまでに（これは同期されているため、読み取り操作に影響を与えます）、変数には初期値があり、プログラムは期待値を出力します。

currentPosとしてマークするvolatileと、オブジェクトは実質的に不変であるため、安全な公開が保証されます。実際のユースケースでは、オブジェクトが構築後に変更された場合、volatile保証が十分ではなく、一貫性のないオブジェクトが再び表示される可能性があります。

または、をPoint使用しなくても、安全に公開できるように不変にすることもできますvolatile。不変性を実現するには、マークxしてyファイナルするだけです。

補足として、すでに述べたようにsynchronized(this) {}、JVMは何もしないものとして扱うことができます（動作を再現するために含めたと理解しています）。

currentPosはスレッド外で変更されているため、volatile次のようにマークする必要があります。

static volatile Point currentPos = new Point(1,2);

volatileがないと、スレッドはメインスレッドで行われているcurrentPosへの更新を読み取ることが保証されません。そのため、currentPosには引き続き新しい値が書き込まれますが、パフォーマンス上の理由から、スレッドは以前のキャッシュバージョンを引き続き使用します。currentPosを変更するスレッドは1つだけなので、ロックをかけなくてもパフォーマンスを向上させることができます。

比較とその後の表示に使用するためにスレッド内で値を1回だけ読み取る場合、結果は大きく異なります。私が行うとき、次のようにx常に表示され1、といくつかの大きな整数のy間0で変化します。この時点での動作はvolatileキーワードなしではいくぶん未定義であると思います。コードのJITコンパイルがこのように動作することに貢献している可能性があります。また、空のsynchronized(this) {}ブロックをコメント化すると、コードも機能します。これは、ロックによって十分な遅延が発生しcurrentPos、そのフィールドがキャッシュから使用されるのではなく再読み取りされるためと考えられます。

int x = p.x + 1;
int y = p.y;

if (x != y) {
    System.out.println(x+" "+y);
    System.exit(1);
}

通常のメモリ、「currentpos」参照、その背後にあるPointオブジェクトとそのフィールドが、同期せずに2つのスレッド間で共有されています。したがって、メインスレッドでこのメモリに行われる書き込みと、作成されたスレッドでの読み取り（Tと呼びます）の間に、定義された順序はありません。

メインスレッドは次の書き込みを行っています（ポイントの初期設定を無視すると、pxとpyはデフォルト値になります）：

• ピクセルに
• pyする
• currentposへ

同期/バリアの点でこれらの書き込みについて特別なことは何もないため、ランタイムはTスレッドがそれらが任意の順序で発生するのを（つまり、メインスレッドは常にプログラムの順序に従って書き込みと読み取りを参照して）確認し、発生させることができます。 Tの読み取りの間の任意の時点。

Tがやっている：

1. currentposをpに読み取ります
2. pxとpyを読み取る（どちらの順序でも）
3. 比較して、分岐します
4. pxとpyを読み取り（どちらの順序でも）、System.out.printlnを呼び出します。

mainの書き込みとTの読み取りの間に順序関係がない場合、Tはcurrentpos.yまたはcurrentpos.xへの書き込みの前に mainからcurrentposへの書き込みを確認できるため、これが結果を生成する方法はいくつかあります。

1. x書き込みが発生する前にcurrentpos.xを最初に読み取ります-0を取得し、次にy書き込みが発生する前にcurrentpos.yを読み取ります-0を取得します。evalをtrueと比較します。書き込みがTに表示されます。System.out.printlnが呼び出されます。
2. x書き込みが発生した後、最初にcurrentpos.xを読み取り、次にy書き込みが発生する前にcurrentpos.yを読み取ります-0を取得します。evalをtrueと比較します。書き込みはTに表示されます...など
3. 最初にcurrentpos.yを読み取り、y書き込みが発生する前に（0）、x書き込み後にcurrentpos.xを読み取り、evalsをtrueに設定します。等

など...ここには多数のデータ競合があります。

ここでの欠陥のある仮定は、この行から発生する書き込みが、それを実行するスレッドのプログラム順にすべてのスレッドで可視化されると考えていることだと思います。

currentPos = new Point(currentPos.x+1, currentPos.y+1);

Javaはそのような保証をしません（パフォーマンスはひどいでしょう）。プログラムが他のスレッドでの読み取りと比較して書き込みの保証された順序付けを必要とする場合は、さらに何かを追加する必要があります。他の人たちは、x、yフィールドをfinalにするか、またはcurrentposを揮発性にすることを提案しています。

• x、yフィールドをfinalにすると、Javaは、すべてのスレッドで、コンストラクターが戻る前にそれらの値の書き込みが発生することを保証します。したがって、currentposへの割り当てはコンストラクターの後で行われるため、Tスレッドは書き込みを正しい順序で確認することが保証されます。
• currentposを揮発性にすると、Javaはこれが同期点であることを保証します。これは、他の同期点に対して完全に順序付けられます。メインと同様に、xとyへの書き込みはcurrentposへの書き込みの前に発生する必要があるため、別のスレッドでcurrentposを読み取る場合は、以前に発生したx、yの書き込みも確認する必要があります。

finalを使用すると、フィールドが不変になり、値をキャッシュできるという利点があります。volatileを使用すると、currentposのすべての書き込みと読み取りで同期が行われ、パフォーマンスが低下する可能性があります。

詳細は、Java言語仕様の第17章を参照してください：http : //docs.oracle.com/javase/specs/jls/se7/html/jls-17.html

（JLSが揮発性を保証するのに十分であると確信していなかったため、最初の回答は弱いメモリモデルを想定しました。Javaモデルがより強力であることを指摘して、assyliasからのコメントを反映するように編集された回答が発生します。 ）。

オブジェクトを使用して、書き込みと読み取りを同期させることができます。それ以外の場合、他の人が以前に言ったように、currentPosへの書き込みは2つの読み取りp.x + 1とpyの途中で発生します

new Thread() {
    void f(Point p) {
        if (p.x+1 != p.y) {
            System.out.println(p.x+" "+p.y);
            System.exit(1);
        }
    }
    @Override
    public void run() {
        while (currentPos == null);
        while (true)
            f(currentPos);
    }
}.start();
Object sem = new Object();
while (true) {
    synchronized(sem) {
        currentPos = new Point(currentPos.x+1, currentPos.y+1);
    }
}

currentPosに2回アクセスしていて、2つのアクセスの間に更新されないという保証はありません。

例えば：

1. x = 10、y = 11
2. ワーカースレッドはpxを10と評価します
3. メインスレッドが更新を実行します。現在はx = 11およびy = 12です。
4. ワーカースレッドはpyを12と評価します
5. ワーカースレッドは10 + 1！= 12であることを認識しているため、出力して終了します。

あなたは本質的に2つの異なるポイントを比較しています。

currentPosをvolatileにしても、ワーカースレッドによる2つの別々の読み取りであるため、これから保護されないことに注意してください。

追加する

boolean IsValid() { return x+1 == y; }

メソッドをポイントクラスに追加します。これにより、x + 1 == yをチェックするときにcurrentPosの値が1つだけ使用されることが保証されます。