Java 并行流工作线程退出后内存的一致性

Question

给定以下代码：

final int n = 50;
final int[] addOne = new int[n];
IntStream.range(0, n)
        .parallel()
        .forEach(i -> addOne[i] = i + 1);
// (*) Are the addOne[i] values all visible here?
for (int value : addOne) {
    System.out.println(value);
}

问题：工作线程退出后（即(*)点），能否保证主线程看到工作线程写入的所有数组内容？

我有兴趣了解 Java 内存模型对上述问题的看法。这与 并发 问题本身无关（即 Java 中的并行流可以以任何顺序处理其元素的事实）。为了抢占一些回复，我知道如果不使用 AtomicReferenceArray<E> 之类的东西，就不可能保证两个不同线程之间的内存排序语义可以访问 Java 中的相同数组元素。出于此问题的目的，假设并行工作人员不会使用 Atomic* 类。更重要的是，请注意，没有两个工作线程会尝试写入同一个数组元素，因为所有 i 值都是唯一的。因此线程之间的内存排序语义在这里并不重要，重要的是工作线程写入数组元素的任何值在并行流结束后是否始终对主线程可见。

在主线程中初始化数组元素和启动并行工作线程之间存在计算“障碍”（工作人员最初总是会看到初始值为零的元素）。并且有一个完成屏障，等待所有工作人员在流结束时完成，然后再将控制权交还给主线程。所以实际上问题归结为当在并行流的末尾施加计算障碍时，是否可以假设总排序或隐式“内存刷新障碍”。

问另一种方式，主线程是否有可能在点(*) 之后读取某个元素的默认初始化值0？或者 CPU 缓存层次结构是否始终确保主线程将看到工作线程写入数组的最新值，即使该值尚未从 CPU 缓存中刷新回 RAM？

出于这个问题的目的，我假设在并行流完成后将控制权返回给主线程需要零时间，因此不会发生导致数组值刷新到 RAM 的竞争条件取决于关闭并行流所需的时间，或者由于关闭并行流所必须进行的缓存驱逐量。

Answer 1

JMM 说：

所有实例字段、静态字段和数组元素都存储在堆内存中。在本章中，我们使用术语变量来指代字段和数组元素

这意味着您需要确保写入和读取数组元素之间存在发生前的关系。

方法java.util.stream.IntStream#forEach的Javadoc说：

对于并行流管道，此操作不能保证尊重流的遇到顺序，因为这样做会牺牲并行性的好处。对于任何给定的元素，可以在库选择的任何时间和任何线程中执行操作。 如果动作访问共享状态，它负责提供所需的同步

这意味着您应该在写入和读取数组元素之间强制执行发生前的关系，因此不能保证主线程会看到工作线程写入的所有数组内容。

PS：Streams 是一个复杂的框架，实际上，我不确定它在您的特定情况下是否真的不安全，但是合同说不能保证您是否访问共享状态（您的数组在调用者线程和工人），最好遵守合同。

Answer 2

审核答案：

Fork-Join 池是在 parallel() 之后执行管道的位置，其中包含 fork() invoke() 和 join() 步骤，并且该序列中的最后一步 join() 在语义上等同于 Thread.join()，这意味着在 Fork-Join 池执行的并行任务和它之后的语句之间存在 happens-before 语义。