Java 記憶體模型的基礎(二) 重排序

2021-09-03 00:12:44 字數 1947 閱讀 6693

如果兩個操作訪問同乙個變數,且兩個操作中有乙個為寫操作,此時這兩個操作就存在資料依賴性。資料依賴分為以下三種情況:

名稱**示例

說   明

寫後讀a = 1;

b = 2;

寫乙個變數後,再讀這個位置

寫後寫a = 1;

a = 2;

寫乙個變數後,再寫這個變數

讀後寫a = b;

b = 1;

讀乙個變數之後,再寫這個變數

上述三種情況,只要重排序兩個操作的執行順序,程式的執行結果就會改變。前面提到過,編譯器和處理器可能會對操作進行重排序。編譯器和處理器在重排序時,會遵循資料依賴性,編譯器和處理不會改變存在資料依賴關係的兩個操作的執行順序

這裡說的資料依賴性僅針對單個處理器中執行的指令序列和單個執行緒中執行的操作,不同處理器和不同執行緒之間的資料依賴性不會被編譯器和處理器考慮。

as-if-serial語義的意思是:不管怎麼重排序(編譯器和處理器為了提高並行度),(單執行緒)程式的執行結果不能被改編。編譯器、runtime和處理器都必須遵循as-if-serial語義。 

為了遵循as-if-serial 語義,編譯器和處理器不會對存在資料依賴的操作重排序,因為這種重排序會改變執行結果。但是如果操作之間不存在資料依賴關係,這些操作就可能被編譯器和處理器重排序。

例如:

double pi = 3.14; //a

double r = 1.0;  //b

double area = pi *r*r; //c

a和c之間存在資料依賴關係,同時b和c之間也存在資料以來關係。因此再最終執行的指令序列中,c不會被重排列到a和b的前面。但是a和b之間沒有依賴關係,因此編譯器和處理器可以重排序a和b之間的執行順序。

as-if-serial語義把單執行緒程式保護了起來,遵守 as-if-serial語義的編譯器、runtime和處理器共同為編寫單執行緒程式的程式設計師建立了乙個幻覺:單執行緒程式是按程式的順序來執行的。as-if-serial 語義使單執行緒程式設計師無序擔心重排序會干擾他們,也無需擔心記憶體可見性問題。

在計算機中,軟體技術和硬體技術有乙個共同的目標:在不改變程式執行結果的前提下,盡量提高並行度。

先看下面這段**:假設有執行緒a先給a賦值,然後執行緒b在計算i的值

package test1;

public class test implements runnable

@override

public void run()

if(f == -1)

} public static void main(string args)

}

結果:一會是1一會是0

執行過程如下圖:

在程式中,操作3和操作4存在控制依賴關係。當**中存在控制依賴時,會影響指令序列的並行度。為此,編譯器會採用一種猜測執行來客服控制依賴對並行度的影響。拿上述例項說,處理器可以提前執行執行緒b讀取a並計算a*a,然後把計算結果臨時儲存到乙個名為衝排列緩衝區的硬體快取中(這裡是為了節省匯流排io)。當操作3的判斷條件為真時,將值寫入變數中。如下圖所示:

由此得出結論,在單執行緒中,對於存在控制依賴的操作做重排序,不會改變程式的執行結果;但是多執行緒,對存在控制依賴的操作做重排序,可能會改變程式的執行結果!!!!!

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