为什么 Java 内存模型中允许此行为？

concurrency java java-memory-model compiler-optimization causality

2022-09-03 07:41:58

JMM中的因果关系似乎是其中最令人困惑的部分。我有一些关于JMM因果关系的问题，以及并发程序中允许的行为。

据我所知，当前的JMM总是禁止因果循环。（我说的对吗？

现在，根据 JSR-133 文档，第 24 页，图例.16，我们有一个示例，其中：

最初x = y = 0

线程 1：

r3 = x;
if (r3 == 0)
    x = 42;
r1 = x;
y = r1;

线程 2：

r2 = y;
x = r2;

直观地说，似乎是不可能的。但是，它不仅尽可能被提及，而且在JMM中也是“允许的”。r1 = r2 = r3 = 42

对于这种可能性，我无法理解的文件中的解释是：

编译器可以确定分配给的唯一值为 0 和 42。由此，编译器可以推断出，在我们执行时，我们刚刚执行了 42 到的写入，或者我们刚刚读取并看到了值 42。在任何一种情况下，读取都可以看到值 42 是合法的。然后可以将其更改为 ;这将允许转换并更早地执行，从而导致有问题的行为。在这种情况下，首先提交写入。xr1 = xxxxr1 = xr1 = 42y = r1y = 42y

我的问题是，它到底是什么样的编译器优化？（我对编译器一无所知。由于 42 只是有条件地编写的，因此当语句得到满足时，编译器如何决定编写？ifx

其次，即使编译器做了这种推测优化，然后提交然后最终做出，这难道不是违反因果关系循环，因为现在没有因果区别了吗？y = 42r3 = 42

事实上，在同一文档（第 15 页，图 7）中有一个示例，其中提到了类似的因果循环是不可接受的。

那么，为什么这个执行令在JMM中是合法的呢？

答案 1

如前所述，写入的唯一值是 0 和 42。线程 1：x

r3 = x; // here we read either 0 or 42
if (r3 == 0)
  x = 42;  
// at this point x is definitely 42
r1 = x;

因此，JIT 编译器可以重写为，并进一步重写。关键是，线程 1 将始终无条件地将 42 写入。该变量实际上是冗余的，可以从机器代码中完全消除。因此，示例中的代码仅给出了从到的因果箭头的外观，但详细的分析表明实际上不存在因果关系。令人惊讶的后果是，写到可以提前提交。r1 = xr1 = 42y = 42yr3xyy

关于优化的一般说明：我认为您熟悉从主内存读取时所涉及的性能损失。这就是为什么JIT编译器一心要尽可能地拒绝这样做的原因，在这个例子中，事实证明它实际上不需要读取就可以知道要写什么。xy

关于表示法的一般说明：，，是局部变量（它们可以在堆栈上或在CPU寄存器中）;，是共享变量（这些变量位于主内存中）。如果不考虑这一点，这些例子就没有意义了。r1r2r3xy

答案 2

编译器可以执行一些分析和优化，并以 Thread1 的以下代码结束：

y=42; // step 1
r3=x; // step 2
x=42; // step 3

对于单线程执行，此代码等效于原始代码，因此是合法的。然后，如果在步骤 1 和步骤 2 之间执行 Thread2 的代码（这是很有可能的），则 r3 也被分配为 42。

此代码示例的整个思想是演示正确同步的必要性。