禁止指令重排序

落日映苍穹つ 2022-05-26 08:36 188阅读 0赞

volatile的有序性是使用内存屏障实现的，它能**禁止指令重排序**。

在执行程序时为了提高性能，编译器和处理器通常会对指令做重排序：

1.  编译器重排序。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；
2.  处理器重排序。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；

指令重排序对单线程没有什么影响，他不会影响程序的运行结果，但是会影响多线程的正确性，那么我们就需要禁止重排序。

如果两个操作的执行顺序无法从happens-before原则中推到出来，那么他们就不能保证有序性，可以随意进行重排序。

1.  同一个线程中的，前面的操作 happen-before 后续的操作。（即单线程内按代码顺序执行。但是，在不影响在单线程环境执行结果的前提下，编译器和处理器可以进行重排序，这是合法的。换句话说，这一是规则无法保证编译重排和指令重排）。
2.  监视器上的解锁操作 happen-before 其后续的加锁操作。（Synchronized 规则）
3.  对volatile变量的写操作 happen-before 后续的读操作。（volatile 规则）
4.  线程的start() 方法 happen-before 该线程所有的后续操作。（线程启动规则）
5.  线程所有的操作 happen-before 其他线程在该线程上调用 join 返回成功后的操作。
6.  如果 a happen-before b，b happen-before c，则a happen-before c（传递性）。

分析：

*  **程序次序规则**：一段代码在单线程中执行的结果是有序的。注意是执行结果，因为虚拟机、处理器会对指令进行重排序（重排序后面会详细介绍）。虽然重排序了，但是并不会影响程序的执行结果，所以程序最终执行的结果与顺序执行的结果是一致的。故而这个规则只对单线程有效，在多线程环境下无法保证正确性。
 *  **锁定规则**：这个规则比较好理解，无论是在单线程环境还是多线程环境，一个锁处于被锁定状态，那么必须先执行unlock操作后面才能进行lock操作。
 *  **volatile变量规则**：这是一条比较重要的规则，它标志着volatile保证了线程可见性。通俗点讲就是如果一个线程先去写一个volatile变量，然后一个线程去读这个变量，那么这个写操作一定是happens-before读操作的。
 *  **传递规则**：提现了happens-before原则具有传递性，即Ahappens-before B , B happens-before C，那么Ahappens-before C
 *  **线程启动规则**：假定线程A在执行过程中，通过执行ThreadB.start()来启动线程B，那么线程A对共享变量的修改在接下来线程B开始执行后确保对线程B可见。
 *  **线程终结规则**：假定线程A在执行的过程中，通过制定ThreadB.join()等待线程B终止，那么线程B在终止之前对共享变量的修改在线程A等待返回后可见。

***Volatile的使用场景：***

*  对变量的写操作不依赖当前值；
 *  该变量没有包含在具有其他变量的不变式中。