多线程并发下的指令重排问题

魔道不误砍柴功

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分类专栏： Java并发编程与实战分享

于 2022-07-15 15:03:02 首次发布

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多线程并发下的指令重排问题

在多线程并发情况下，指令重排会出现问题，先看下面一个例子：

public class DemoCount {

    public static int r1, r2, x, y;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        boolean f1, f2, f3, f4;
        f1 = f2 = f3 = f4 = false;
        int count = 0;
        while (true) {
            r1 = r2 = x = y = 0;
            Thread t1 = new Thread(() -> {
                x = 1;
                r1 = y;
            });

            Thread t2 = new Thread(() -> {
                y = 1;
                r2 = x;
            });

            t1.start();
            t2.start();
            t1.join();// 确保线程0、1能够执行完main线程打印后面的输出结果
            t2.join();// 确保线程0、1能够执行完main线程打印后面的输出结果

            ++count;

            if (r1 == 0 & r2 == 1 & !f1) {
                System.out.println("第" + count + "次出现结果: r1=" + r1 + ":r2=" + r2);
                f1 = true;
            }
            if (r1 == 1 & r2 == 0 & !f2) {
                System.out.println("第" + count + "次出现结果: r1=" + r1 + ":r2=" + r2);
                f2 = true;
            }
            if (r1 == 0 & r2 == 0 & !f3) {
                System.out.println("第" + count + "次出现结果: r1=" + r1 + ":r2=" + r2);
                f3 = true;
            }
            if (r1 == 1 & r2 == 1 & !f4) {
                System.out.println("第" + count + "次出现结果: r1=" + r1 + ":r2=" + r2);
                f4 = true;
            }
        }
    }
}

运行会产生四种结果：

第1次出现结果: r1=0:r2=1
第59次出现结果: r1=1:r2=0
第359000次出现结果: r1=1:r2=1
第47518222次出现结果: r1=0:r2=0

这里说明下，出现 r1=0、r2=0 的情况表示出现了指令重排序，我们可以查看代码，两条代码交换位置其实是不影响结果，所以可以发生重排序，针对单线程来看，这种重排序是没有问题，但是多线程并发情况下就会出现问题，所以r1=r2=0 就是因为多线程情况下发生了指令重排序。

从上面这个例子我们可以通俗易懂的理解什么叫做指令重排。解决这个问题就可以使用原语 volatile 禁止指令重排序，底层通过四条内存屏障指令实现。

多线程并发下的指令重排问题

多线程并发下的指令重排问题

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