《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》 —3.2.4　重排序?qū)Χ嗑€程的影響

3.2.4　重排序?qū)Χ嗑€程的影響

現(xiàn)在讓我們來看看，重排序是否會改變多線程程序的執(zhí)行結(jié)果。請看下面的示例代碼。

class ReorderExample {

int a = 0;

boolean flag = false;

public void writer() {

a = 1;?????????????? // 1

flag = true;???????????? // 2

}

Public void reader() {

if (flag) {?????????? // 3

int i =? a * a; // 4

……

}

}

}

flag變量是個標記，用來標識變量a是否已被寫入。這里假設(shè)有兩個線程A和B，A首先執(zhí)行writer()方法，隨后B線程接著執(zhí)行reader()方法。線程B在執(zhí)行操作4時，能否看到線程A在操作1對共享變量a的寫入呢？

答案是：不一定能看到。

由于操作1和操作2沒有數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，編譯器和處理器可以對這兩個操作重排序；同樣，操作3和操作4沒有數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，編譯器和處理器也可以對這兩個操作重排序。讓我們先來看看，當操作1和操作2重排序時，可能會產(chǎn)生什么效果？請看下面的程序執(zhí)行時序圖，如圖3-8所示。

圖3-8　程序執(zhí)行時序圖

如圖3-8所示，操作1和操作2做了重排序。程序執(zhí)行時，線程A首先寫標記變量flag，隨后線程B讀這個變量。由于條件判斷為真，線程B將讀取變量a。此時，變量a還沒有被線程A寫入，在這里多線程程序的語義被重排序破壞了！

本文統(tǒng)一用虛箭線標識錯誤的讀操作，用實箭線標識正確的讀操作。

下面再讓我們看看，當操作3和操作4重排序時會產(chǎn)生什么效果（借助這個重排序，可以順便說明控制依賴性）。下面是操作3和操作4重排序后，程序執(zhí)行的時序圖，如圖3-9所示。

圖3-9　程序的執(zhí)行時序圖

在程序中，操作3和操作4存在控制依賴關(guān)系。當代碼中存在控制依賴性時，會影響指令序列執(zhí)行的并行度。為此，編譯器和處理器會采用猜測（Speculation）執(zhí)行來克服控制相關(guān)性對并行度的影響。以處理器的猜測執(zhí)行為例，執(zhí)行線程B的處理器可以提前讀取并計算a*a，然后把計算結(jié)果臨時保存到一個名為重排序緩沖（Reorder Buffer，ROB）的硬件緩存中。當操作3的條件判斷為真時，就把該計算結(jié)果寫入變量i中。

從圖3-9中我們可以看出，猜測執(zhí)行實質(zhì)上對操作3和4做了重排序。重排序在這里破壞了多線程程序的語義！

在單線程程序中，對存在控制依賴的操作重排序，不會改變執(zhí)行結(jié)果（這也是as-if-serial語義允許對存在控制依賴的操作做重排序的原因）；但在多線程程序中，對存在控制依賴的操作重排序，可能會改變程序的執(zhí)行結(jié)果。

Java 任務(wù)調(diào)度

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