java多线程指令重排序引发的脏读

这里写图片描述

如果A、B两个处理器同时有两个线程执行,可能会得到x=y=0这种结果,导致的原因时由于代码执行时进行了读、写指令重排序,即多线程中经常出现的脏读现象。正常程序执行为处理器A执行A1将值写入缓存区A,然后执行A3将值刷新到共享内存中,然后在执行A2读b值操作,即A1-A3-A2。但经过指令重排序后,可能会出现这种执行情况,A1-A2-A3,这样就会导致B处理器写入的b数据没有更新进共享内存而出现了脏读现象(B处理器同样)。这种现象产生的原因就是每个处理器的缓存区只对自己可见。
所以有了doug、li贡献的高并发包,用乐观锁一定程度上改善了之前synchronized等悲观锁的效率问题。

<think>嗯,用户让我介绍Java多线程中的重排序现象,并提供一个demo。好的,首先我需要回忆一下什么是重排序重排序Java内存模型中的概念,指的是编译器和处理器为了优化性能,可能会重新排序指令的执行顺序。这在单线程环境下没问题,但在多线程中可能导致可见性问题或者意外的结果。 接下来,用户可能需要一个具体的例子来理解这个概念。我应该设计一个简单的例子,展示在多线程环境下由于重排序导致的问题。记得要说明重排序可能引发的现象,比如某个线程看到的变量值不符合预期。 首先,考虑使用两个变量,比如a和flag。一个线程写入a和flag,另一个线程读取它们。如果发生重排序,写入线程可能会先写flag再写a,这时候读取线程可能在看到flag为true时,a仍然是0,导致输出不符合预期的情况。 不过,我需要确保这个例子确实能触发重排序现象。可能需要在没有同步机制的情况下运行,比如不使用volatile或synchronized。同时,可能需要让程序循环多次,因为重排序并非每次都发生,这样可以增加观察到现象的概率。 然后,编写代码的时候,要创建两个线程,一个执行写操作,另一个执行操作。写线程先设置a=1,再设置flag=true。而线程在循环中等待flag变为true,然后打印a的值。如果发生重排序,写线程可能先执行flag=true,之后a=1还没执行,这时候线程看到flag为true,但a仍然是0,就会输出a=0的情况。 不过,实际运行中可能很难观察到这种情况,因为现代处理器的内存模型和JIT优化可能不同。可能需要多次运行或者在特定的环境下才能出现。所以应该在demo中让程序循环多次,并统计出现异常情况的次数。 另外,可能需要加入一些注释,解释代码的意图,以及可能的执行顺序。同时,要提醒用户,这个现象不是每次都能复现,依赖于JVM和硬件环境。 最后,还要给出解决方案,比如使用volatile关键字来禁止重排序,或者使用同步块。这样可以对比有同步和无同步情况下的不同结果,帮助用户理解如何避免重排序的问题。 总结一下,demo的结构应该是:两个线程,共享变量a和flag,无同步机制,循环多次触发,统计出现a=0的次数。然后解释原因,并提供解决方案。</think>下面通过一个简单的示例代码来演示多线程环境下的指令重排序现象: ### 现象说明 在缺乏同步机制的情况下,编译器和处理器可能对指令进行重排序导致多线程程序出现反直觉的执行结果。 ### 示例代码 ```java public class ReorderingDemo { private int a = 0; private boolean flag = false; // 写线程执行 public void writer() { a = 1; // 操作1 flag = true; // 操作2 } // 线程执行 public void reader() { if (flag) { // 操作3 System.out.println("a = " + a); // 操作4 } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { for (int i = 0; i < 10000; i++) { ReorderingDemo demo = new ReorderingDemo(); Thread writer = new Thread(demo::writer); Thread reader = new Thread(demo::reader); writer.start(); reader.start(); writer.join(); reader.join(); } } } ``` ### 可能输出结果 ``` a = 0 // 出现这种结果即表明发生了重排序 a = 1 a = 1 a = 0 // 再次出现非预期结果 ... ``` ### 现象解析 1. **正常情况**(无重排序): - 写线程先执行 `a = 1`,再执行 `flag = true` - 线程看到 `flag == true` 时,`a` 必然已经是 1 2. **重排序发生时**: - 写线程可能先执行 `flag = true`,再执行 `a = 1` - 线程可能在 `a` 未被赋值时读取到 `a = 0` ### 原因分析 - 编译器/处理器可能交换操作1和操作2的执行顺序 - 内存可见性问题导致线程无法立即看到修改 --- ### 解决方案 使用 `volatile` 关键字禁止重排序: ```java private volatile boolean flag = false; ``` ### 修正后的线程安全代码 ```java public void writer() { a = 1; // 写操作在volatile写之前发生 flag = true; // volatile写,禁止重排序 } public void reader() { if (flag) { // volatile,保证可见性 System.out.println(a); // 操作在volatile之后发生 } } ``` --- ### 关键点总结 1. 重排序可能发生在编译期(JIT优化)或运行期(CPU指令重排) 2. 未同步的多线程程序可能观察到违背代码顺序的执行结果 3. `volatile` 通过内存屏障(Memory Barrier)禁止特定类型的重排序 4. 最终一致性需要通过正确的同步机制来保证 建议在实际开发中始终使用正确的同步机制(如 `synchronized`、`volatile` 或并发工具类)来避免这类问题。
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