weakCompareAndSwap vs compareAndSwap

这个问题不是关于它们之间的区别 - 我知道什么是虚假故障以及为什么它会发生在LL / SC上。我的问题是,如果我使用的是intel x86并使用java-9(build 149),为什么它们的汇编代码之间有区别?

public class WeakVsNonWeak {

    static jdk.internal.misc.Unsafe UNSAFE = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();

    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException {

        Holder h = new Holder();
        h.setValue(33);
        Class<?> holderClass = Holder.class;
        long valueOffset = UNSAFE.objectFieldOffset(holderClass.getDeclaredField("value"));

        int result = 0;
        for (int i = 0; i < 30_000; ++i) {
            result = strong(h, valueOffset);
        }
        System.out.println(result);

    }

    private static int strong(Holder h, long offset) {
        int sum = 0;
        for (int i = 33; i < 11_000; ++i) {
            boolean result = UNSAFE.weakCompareAndSwapInt(h, offset, i, i + 1);
            if (!result) {
                sum++;
            }
        }
        return sum;

    }

    public static class Holder {

        private int value;

        public int getValue() {
            return value;
        }

        public void setValue(int value) {
            this.value = value;
        }
    }
}

运行方式:

 java -XX:-TieredCompilation 
      -XX:CICompilerCount=1 
      -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions  
      -XX:+PrintIntrinsics 
      -XX:+PrintAssembly 
      --add-opens java.base/jdk.internal.misc=ALL-UNNAMED
      WeakVsNonWeak

CompareAndSwapInt(相关部分)的输出:

     0x0000000109f0f4b8: movabs $0x111927c18,%rsi  ;   {metadata({method} {0x0000000111927c18} 'compareAndSwapInt' '(Ljava/lang/Object;JII)Z' in 'jdk/internal/misc/Unsafe')}
  0x0000000109f0f4c2: mov    %r15,%rdi
  0x0000000109f0f4c5: test   $0xf,%esp
  0x0000000109f0f4cb: je     0x0000000109f0f4e3
  0x0000000109f0f4d1: sub    $0x8,%rsp
  0x0000000109f0f4d5: callq  0x00000001098569d2  ;   {runtime_call SharedRuntime::dtrace_method_entry(JavaThread*, Method*)}
  0x0000000109f0f4da: add    $0x8,%rsp
  0x0000000109f0f4de: jmpq   0x0000000109f0f4e8
  0x0000000109f0f4e3: callq  0x00000001098569d2  ;   {runtime_call SharedRuntime::dtrace_method_entry(JavaThread*, Method*)}
  0x0000000109f0f4e8: pop    %r9
  0x0000000109f0f4ea: pop    %r8
  0x0000000109f0f4ec: pop    %rcx
  0x0000000109f0f4ed: pop    %rdx
  0x0000000109f0f4ee: pop    %rsi
  0x0000000109f0f4ef: lea    0x210(%r15),%rdi
  0x0000000109f0f4f6: movl   $0x4,0x288(%r15)
  0x0000000109f0f501: callq  0x00000001098fee40  ;   {runtime_call Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv_*, _jobject*, _jobject*, long, int, int)}
  0x0000000109f0f506: vzeroupper 
  0x0000000109f0f509: and    $0xff,%eax
  0x0000000109f0f50f: setne  %al
  0x0000000109f0f512: movl   $0x5,0x288(%r15)
  0x0000000109f0f51d: lock addl $0x0,-0x40(%rsp)
  0x0000000109f0f523: cmpl   $0x0,-0x3f04dd(%rip)        # 0x0000000109b1f050

弱比较和交换输出

  0x000000010b698840: sub    $0x18,%rsp
  0x0000010b698847: mov    %rbp,0x10(%rsp)
  0x000000010b69884c: mov    %r8d,%eax
  0x000000010b69884f: lock cmpxchg %r9d,(%rdx,%rcx,1)
  0x000000010b698855: sete   %r11b
  0x000000010b698859: movzbl %r11b,%r11d        ;*invokevirtual compareAndSwapInt {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
                                                ; - jdk.internal.misc.Unsafe::weakCompareAndSwapInt@7 (line 1369)

到目前为止,我的通用性不足以理解整个输出,但可以肯定地看到锁定addl和锁定cmpxchg之间的区别。

编辑彼得的回答让我思考。让我们看看compareAndSwap是否是一个内在调用:

-XX:+打印智能 -XX:-打印组件

 @ 7   jdk.internal.misc.Unsafe::compareAndSwapInt (0 bytes)   (intrinsic)
 @ 20      jdk.internal.misc.Unsafe::weakCompareAndSwapInt (11 bytes)   (intrinsic).

然后运行该示例两次,使用/不使用:

-XX:禁用网络 = _compareAndSwapInt

这有点奇怪,输出完全相同(相同的确切指令),唯一的区别是启用内部函数,我得到这样的调用:

  0x000000010c23e355: callq  0x00000001016569d2  ;   {runtime_call SharedRuntime::dtrace_method_entry(JavaThread*, Method*)}
  0x000000010c23e381: callq  0x00000001016fee40  ;   {runtime_call Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv_*, _jobject*, _jobject*, long, int, int)}

和禁用:

  0x00000001109322d5: callq  0x0000000105c569d2  ;   {runtime_call _ZN13SharedRuntime19dtrace_method_entryEP10JavaThreadP6Method}
    0x00000001109322e3: callq  0x0000000105c569d2  ;   {runtime_call _ZN13SharedRuntime19dtrace_method_entryEP10JavaThreadP6Method}

这相当耐人寻味,内在代码不应该有所不同吗?

EDIT-2 the8472也是有道理的。

lock addlmfence的替代品,据我所知,它在x86上刷新StoreBuffer,它与可见性有关,而不是原子性。在此条目之前,是:

 0x00000001133db6f6: movl   $0x4,0x288(%r15)
 0x00000001133db701: callq  0x00000001060fee40  ;   {runtime_call Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv_*, _jobject*, _jobject*, long, int, int)}
 0x00000001133db706: vzeroupper 
 0x00000001133db709: and    $0xff,%eax
 0x00000001133db70f: setne  %al
 0x00000001133db712: movl   $0x5,0x288(%r15)
 0x00000001133db71d: lock addl $0x0,-0x40(%rsp)
 0x00000001133db723: cmpl   $0x0,-0xd0bc6dd(%rip)        #     0x000000010631f050
                                            ;   {external_word}

如果你看这里,将委托给另一个对Atomic::cmpxchg的本机调用,它似乎正在原子地进行交换。

为什么这不能替代直接锁定cmpxchg对我来说是一个谜。


答案 1

TL;DR您在程序集输出中查看了错误的位置。

在 x86-64 上,两个调用都编译为完全相同的 ASM 序列。但是,方法本身的编译方式不同(但通常无关紧要)。compareAndSwapIntweakCompareAndSwapInt

  1. 源代码中 和 的定义是不同的。前者是本机方法,而后者是Java方法。compareAndSwapIntweakCompareAndSwapInt

    @HotSpotIntrinsicCandidate
    public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,
                                                  int expected,
                                                  int x);
    
    @HotSpotIntrinsicCandidate
    public final boolean weakCompareAndSwapInt(Object o, long offset,
                                                      int expected,
                                                      int x) {
        return compareAndSwapInt(o, offset, expected, x);
    }
    
  2. 您已经看到的是如何编译这些独立方法的。本机方法编译为调用相应 C 函数的存根。但这不是在快速路径上运行的东西。

  3. 内部方法是那些调用被替换为特定于 HotSpot 的内联实现的方法。注意:调用将被替换,但方法本身不会被替换。

  4. 如果查看方法的程序集输出,您将看到它包含指令,无论它调用还是 .WeakVsNonWeak.stronglock cmpxchgUNSAFE.compareAndSwapIntUNSAFE.weakCompareAndSwapInt

    0x000001bd76170c44: lock cmpxchg %ecx,(%r11)
    0x000001bd76170c49: sete   %r10b
    0x000001bd76170c4d: movzbl %r10b,%r10d        ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                                  ; - WeakVsNonWeak::strong@25 (line 23)
                                                  ; - WeakVsNonWeak::main@46 (line 14)
    
    0x0000024f56af1097: lock cmpxchg %r11d,(%r8)
    0x0000024f56af109c: sete   %r10b
    0x0000024f56af10a0: movzbl %r10b,%r10d        ;*invokevirtual weakCompareAndSwapInt
                                                  ; - WeakVsNonWeak::strong@25 (line 23)
                                                  ; - WeakVsNonWeak::main@46 (line 14)
    

    一旦主方法经过 JIT 编译,则不会直接调用 Unsafe.* 方法的独立版本。


答案 2

在第一种情况下,正在使用本机方法。代码尚未优化,或者它不是固有代码。

在第二种情况下,已使用内部函数来内联所需的程序集,而不是调用 JNI 方法。虽然两种情况都会这样做,但我想不会。


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