并发中的陷阱-处理器重排序

假设有两个线程分别调用同一个test对象的writer()和reader()。请问,b的值是什么?

(a) 1 

(b) 2 

(c) 1 or 2

publicclasstest{privateboolean flag =false;privateinta =0;publicvoidwriter(){            a =1;            flag = True;    }publicvoidreader(){if(flag){            b = a +1}    }}

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

这里主要涉及的是处理器重排序问题。当前处理器为了加速指令执行,会将部分指令重排序之后执行。

数据依赖

数据依赖是一个简单的概念,就是判断前后两行代码在数据上有否有依赖关系。例如:

num1 =1 // (a)num2 =2 // (b)result= num1 + num2 // (c)

1

2

3

显然,c 语句用到的 num1 和 num2 依赖 a 和 b。

数据依赖分三种:

1 store - load

2 load - store

3 store - store

如何判断是否有依赖,很简单,只用判断两个语句之间是否用到同一个变量,是否是写操作。

Happen before

JVM定义了一个概念叫做 happen before,意思是前一条执行的结果要对后一条执行可见。简单来说前一条执行完,才能执行后一条。但实际上为了提高处理速度,JVM弱化了这个概念,在有数据依赖的情况下,前一条执行完,才能执行后一条。

看下面的例子:

num1 =1 // (a)num2 =2 // (b)result= num1 + num2 // (c)

1

2

3

对于上述三条语句 a, b, c执行,单线程顺序执行的情况。

ahappenbeforeb      b happenbeforec。

1

2

3

根据传递性可以得出:

ahappenbeforec

1

c指令要用到的 num1 和 num2 显然是依赖 a 和 b 的,典型的store-load。所以c指令必须等到 a 和 b 执行完才能执行。然而 a 和 b 并没有数据依赖,于是 JVM 允许处理器对 a 和 b 进行重排序。

a-> b -> c =3b-> a -> c =3

1

2

那么happen before到底是什么?我的理解是happen before是JVM对底层内存控制抽象出一层概念。我们可以根据代码顺序来判断happen before的关系,而JVM底层会根据实际情况执行不同的 action (例如添加内存屏障,处理器屏障,阻止重排序又或者是不做任何额外操作,允许处理器冲排序)。通过这一层使得内存控制对程序员透明,程序员也不需要考虑代码实际执行情况,JVM会保证单线程执行成功,as-if-serial。

既然JVM已经透明了内存控制,那为什么要搞清楚这点,那就是JVM只保证单线程执行成功,而多线程环境下,就会出各种各样的问题。

答案

下面就用上述讲的分析一下最初的题目。

A线程执行:

publicvoidwriter(){            a =1;// (1)flag = True;// (2)}

1

2

3

4

B线程执行:

publicvoidreader(){if(flag){// (3)b = a +1// (4)}    }

1

2

3

4

5

1.先考虑大多数人考虑的情况: 

指令顺序:(1)-> (2) -> (3) -> (4),b = 1 +1 = 2

2.意想不到的情况 

对于A线程来说,语句 (1)和(2)并不存在任何数据依赖问题。因此处理器可以对其进行重排序,也就是指令 (2)可能会先于指令(1)执行。 

那么当指令按照(2)-> (3) -> (4) -> (1) 顺序,b = 0 +1 = 1

3.还有一种情况 

对于B线程,处理器可能会提前处理 (4),将结果放到 ROB中,如果控制语句(3)为真,就将结果从ROB取出来直接使用,这是一种优化技术,预测。 

所以指令执行顺序可能是 (4) -> x -> x ->x

看来4条语句都有可能最先被执行。

总结一下,在多处理器环境中,由于每个处理器都有自己的读写缓存区,所以会使部分数据不一致。JMM会有一系列 action 保证数据一致性,但是在多线程环境下,还是会有很多诡异的问题发生,这个时候就要考虑处理器,编译器重排序。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 204,293评论 6 478
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 85,604评论 2 381
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 150,958评论 0 337
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 54,729评论 1 277
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 63,719评论 5 366
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 48,630评论 1 281
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,000评论 3 397
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 36,665评论 0 258
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 40,909评论 1 299
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,646评论 2 321
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,726评论 1 330
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 33,400评论 4 321
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,986评论 3 307
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,959评论 0 19
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 31,197评论 1 260
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 44,996评论 2 349
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 42,481评论 2 342

推荐阅读更多精彩内容