【多线程学习十三】有序性--指令重排及其优化

最新推荐文章于 2024-12-09 18:35:11 发布

菜包无菜

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分类专栏：多线程文章标签：学习

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本文探讨了Java中的指令重排现象，这是JVM为了提高性能而进行的一种优化策略。在单线程环境下，指令重排不会影响结果，但在多线程中可能导致数据一致性问题。通过例子展示了volatile关键字如何防止指令重排，从而确保可见性和有序性。文章还提到了处理器的流水线技术，并提供了一个JCStress测试用例来展示并发情况下的指令重排问题。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

有序性

jvm在不影响正确性的前提下，可以调整语句的执行顺序–》【指令重排】

多线程下【指令重排】会影响正确性，指令重排是JIT编译器在运行时的一些优化，该现象需要大量测试才能复现

static int i;
static int j;

// 在某个线程内执行如下赋值操作
i = ...; 
j = ...;

至于是先执行 i 还是先执行 j ，对最终的结果不会产生影响。所以，上面代码真正执行时，既可以是

i = ...; 
j = ...;

也可以是

j = ...;
i = ...;

指令重排优化

事实上，现代处理器会设计为一个时钟周期完成一条执行时间最长的CPU指令，指令还可以再划分为一个个更小的阶段，例如把每条指令划分为：取指令——指令译码——执行指令——内存访问——数据写回

在这里插入图片描述

在不改变程序结果的前提下，这些指令的各个阶段可以通过重排序和组合来实现指令级并行

指令重排的前提是重排指令不能影响结果

// 可以重排的例子
int a = 10; // 指令1
int b = 20; // 指令2
System.out.println( a + b );

// 不能重排的例子
int a = 10; // 指令1
int b = a - 5; // 指令2

支持流水线的处理器
cpu可以在一个时钟周期内同时运行多条指令的不同阶段（其实相当于一条执行时间最长的复杂指令），本质上流水线技术并不能缩短单条指令的执行时间，但是变相提高了指令的吞吐率
在这里插入图片描述

解决指令重排问题

volatile修饰的变量可以禁用指令重排

@JCStressTest
@Outcome(id = {"1", "4"}, expect = Expect.ACCEPTABLE, desc = "ok")
@Outcome(id = "0", expect = Expect.ACCEPTABLE_INTERESTING, desc = "!!!!")
@State
public class ConcurrencyTest {
    
    int num = 0;
    volatile boolean ready = false;
    
    @Actor
    public void actor1(I_Result r) {
        if(ready) {
            r.r1 = num + num;
        } else {
            r.r1 = 1;
        }
    }
    
    @Actor
    public void actor2(I_Result r) {
        num = 2;
        ready = true;
    }
    
}