深入java底層內(nèi)存屏障與jvm并發(fā)詳解

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1、http://www.bjaccp.com深入Java底層：內(nèi)存屏障與JVM并發(fā)詳解內(nèi)存屏障，又稱內(nèi)存柵欄，是一組處理器指令，用于實(shí)現(xiàn)對內(nèi)存操作的順序限制。本文假定讀者已經(jīng)充分掌握了相關(guān)概念和Java內(nèi)存模型，不討論并發(fā)互斥、并行機(jī)制和原子性。內(nèi)存屏障用來實(shí)現(xiàn)并發(fā)編程中稱為可見性（visibility）的同樣重要的作用?！　?nèi)存屏障為何重要？　　對主存的一次訪問一般花費(fèi)硬件的數(shù)百次時鐘周期。處理器通過緩存（caching）能夠從數(shù)量級上降低內(nèi)存延遲的成本這些緩存為了性能重新排列待定內(nèi)存操作的順序。也就是說，程序的讀寫操作不一定會按照它要求處理器的順序執(zhí)行。

2、當(dāng)數(shù)據(jù)是不可變的，同時/或者數(shù)據(jù)限制在線程范圍內(nèi)，這些優(yōu)化是無害的?！　∪绻堰@些優(yōu)化與對稱多處理（symmetricmulti-processing）和共享可變狀態(tài)（sharedmutablestate）結(jié)合，那么就是一場噩夢。當(dāng)基于共享可變狀態(tài)的內(nèi)存操作被重新排序時，程序可能行為不定。一個線程寫入的數(shù)據(jù)可能被其他線程可見，原因是數(shù)據(jù)寫入的順序不一致。適當(dāng)?shù)姆胖脙?nèi)存屏障通過強(qiáng)制處理器順序執(zhí)行待定的內(nèi)存操作來避免這個問題。　　內(nèi)存屏障的協(xié)調(diào)作用　　內(nèi)存屏障不直接由JVM暴露，相反它們被JVM插入到指令序列中以維持語言層并發(fā)原語的語義。我們研究幾個簡單Jav

3、a程序的源代碼和匯編指令。首先快速看一下Dekker算法中的內(nèi)存屏障。該算法利用volatile變量協(xié)調(diào)兩個線程之間的共享資源訪問?！　≌埐灰P(guān)注該算法的出色細(xì)節(jié)。哪些部分是相關(guān)的？每個線程通過發(fā)信號試圖進(jìn)入代碼第一行的關(guān)鍵區(qū)域。如果線程在第三行意識到?jīng)_突（兩個線程都要訪問），通過turn變量的操作來解決。在任何時刻只有一個線程可以訪問關(guān)鍵區(qū)域。　　1.//coderunbyfirstthread????//coderunbysecondthread　　2.　　3.1???intentFirst=true;?????????intentSecond=tru

4、e;　　4.2　　5.3???while(intentSecond)??while(intentFirst)??????//volatileread　　6.4????if(turn!=0){?????if(turn!=1){??????//volatileread　　7.5??????intentFirst=false;???????intentSecond=false;　　8.6??????while(turn!=0){}???????while(turn!=1){}　　9.7??????intentFirst=true;???????intentSec

5、ond=true;　　10.8????}??????????????}　　11.9　　12.10???criticalSection();??criticalSection();　　13.11　　14.12???turn=1;????turn=0;????????????????//volatilewrite　　15.13???intentFirst=false;??intentSecond=false;????//volatilewrite　　硬件優(yōu)化可以在沒有內(nèi)存屏障的情況下打亂這段代碼，即使編譯器按照程序員的想法順序列出所有的內(nèi)存操作?？紤]第三、四行

6、的兩次順序volatile讀操作。每一個線程檢查其他線程是否發(fā)信號想進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)域，然后檢查輪到誰操作了?？紤]第12、13行的兩次順序?qū)懖僮?。每一個線程把訪問權(quán)釋放給其他線程，然后撤銷自己訪問關(guān)鍵區(qū)域的意圖。讀線程應(yīng)該從不期望在其他線程撤銷訪問意愿后觀察到其他線程對turn變量的寫操作。這是個災(zāi)難?！　〉侨绻@些變量沒有volatile修飾符，這的確會發(fā)生！例如，沒有volatile修飾符，第二個線程在第一個線程對turn執(zhí)行寫操作（倒數(shù)第二行）之前可能會觀察到第一個線程對intentFirst(倒數(shù)第一行)的寫操作。關(guān)鍵詞volatile避免了這種情況，

7、因為它在對turn變量的寫操作和對http://www.bjaccp.comintentFirst變量的寫操作之間創(chuàng)建了一個先后關(guān)系。編譯器無法重新排序這些寫操作，如果必要，它會利用一個內(nèi)存屏障禁止處理器重排序。讓我們來看看一些實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)?！　rintAssemblyHotSpot選項是JVM的一個診斷標(biāo)志，允許我們獲取JIT編譯器生成的匯編指令。這需要最新的OpenJDK版本或者新HotSpotupdate14或者更高版本。通過需要一個反編譯插件。Kenai項目提供了用于Solaris、Linux和BSD的插件二進(jìn)制文件。hsdis是另一款可以在Wind

8、ows通過源碼構(gòu)建的插件?！　纱雾樞蜃x操作的第一次（第三行）的匯