JAVA内存模型--指令重排序

野性酷女 2022-05-25 04:13 285阅读 0赞

### 指令重排序 ###

在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器会对指令做重排序。但是，JMM确保在不同的编译器和不同的处理器平台之上，通过插入特定类型的Memory Barrier来禁止特定类型的编译器重排序和处理器重排序，为上层提供一致的内存可见性保证。

*  编译器优化重排序：编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。
 *  指令级并行的重排序：现代处理器采用了指令级并行技术（Instruction-Level Parallelism， ILP）来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
 *  内存系统的重排序：处理器使用缓存和读写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

在虚拟机层面，为了尽可能减少内存操作速度远慢于CPU运行速度所带来的CPU空置的影响，虚拟机会按照自己的一些规则将程序编写顺序打乱——即写在后面的代码在时间顺序上可能会先执行，而写在前面的代码会后执行——以尽可能充分地利用CPU

从java源代码到最终实际执行的指令序列，会分别经历下面三种重排序：  
![这里写图片描述][70]

### JVM **Happen-Before规则** ###

*  **程序次序规则(Program Order Rule)**

在一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作。准确地说应该是控制流顺序而不是代码顺序，因为要考虑分支、循环等结构。

*  **监视器锁定规则(Monitor Lock Rule)**

一个unlock操作先行发生于后面对同一个对象锁的lock操作。这里强调的是同一个锁，而“后面”指的是时间上的先后顺序，如发生在其他线程中的lock操作。

*  **volatile变量规则(Volatile Variable Rule)**

volatile变量的写先发生于读，这保证了volatile变量的可见性

*  **线程启动规则(Thread Start Rule)**

Thread独享的start()方法先行于此线程的每一个动作。

*  **线程终止规则(Thread Termination Rule)**

线程中的每个操作都先行发生于对此线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值检测到线程已经终止执行。

*  **线程中断规则(Thread Interruption Rule)**

对线程interrupte()方法的调用优先于被中断线程的代码检测到中断事件的发生，可以通过Thread.interrupted()方法检测线程是否已中断。

*  **对象终结原则(Finalizer Rule)**

一个对象的初始化完成(构造函数执行结束)先行发生于它的finalize()方法的开始。

*  **传递性(Transitivity)**

如果操作A先行发生于操作B，操作B先行发生于操作C，那就可以得出操作A先行发生于操作C的结论。

说明：正是以上这些规则保障了happen-before的顺序，如果不符合以上规则，那么在多线程环境下就不能保证执行顺序等同于代码顺序，也就是“如果在本线程中观察，所有的操作都是有序的；如果在一个线程中观察另外一个线程，则不符合以上规则的都是无序的”，因此，如果我们的多线程程序依赖于代码书写顺序，那么就要考虑是否符合以上规则，如果不符合就要通过一些机制使其符合，最常用的就是synchronized、Lock以及volatile修饰符。

***参考资料***

【happens-before俗解】[http://ifeve.com/easy-happens-before/][http_ifeve.com_easy-happens-before]

【死磕Java并发–Java内存模型之happens-before】 [http://cmsblogs.com/?p=2102][http_cmsblogs.com_p_2102]

【JMM Cookbook(一)指令重排】[http://ifeve.com/jmm-cookbook-reorderings/][http_ifeve.com_jmm-cookbook-reorderings]

[70]: /images/20220525/75d3c0b8be6d4cc687961057e15d8e04.png
[http_ifeve.com_easy-happens-before]: http://ifeve.com/easy-happens-before/
[http_cmsblogs.com_p_2102]: http://cmsblogs.com/?p=2102
[http_ifeve.com_jmm-cookbook-reorderings]: http://ifeve.com/jmm-cookbook-reorderings/