Question

鉴于Java内存模型中的x86总存储顺序和发生在之前的关系，我们知道编译器不保证指令的执行顺序。它可以根据需要重新排序，以提高性能。鉴于此，我们有：

EAX，EBX是寄存器名称
[x]，[y]是内存位置
r1和r2是本地变量的名称
x，y是所有线程均可访问的共享变量。所有变量都是32位整数。
不，这是不是家庭作业问题。

所以我有两组问题我正试图确定可能的输出：

[x] == [y] == 0 // the address space of [x] and [y] are 0.

// Thread 1                         Thread 2
MOV [x] <- 1                        MOV [y] <- 1
MOV EAX <- [y]                      MOV EBX <- [x]

寄存器EBX和EAX的可能值是什么？

int x = 0;
int y = 0;

// Thread 1                         Thread 2
x = 1;                              y = 1; 
r1 = y;                             r2 = x;

r1和r2的可能值是什么？

Answer 1

32-bit integer保证atomic写JVM，所以这不是问题。

在没有synchronization的线程之间共享2个变量x和y。

Thread1改变x并读取y。
Thread2变异y并读取x。

因此，thread1可能会看到陈旧的y（1或0）值，而thread2可能会看到陈旧值x（1,0）。

这意味着您可以获得（eax，ebx）的所有四种可能组合：（0,0）（0,1）（1,0）（1,1）

Answer 2

x86具有强排序的内存模型，但仍然允许StoreLoad reordering。

Jeff Preshing的博客文章：Memory Reordering Caught in the Act，正好使用那对store-then-load序列作为测试用例，以证明在真实硬件上可以观察到重新排序。他有源代码和一切。

请注意，每个线程都有自己的架构状态（包括所有寄存器）。因此，thread1的EAX与thread2的EAX不同。在thread2中使用EBX只会使讨论变得更容易，与可能发生的POV没有任何不同。

无论如何，两个寄存器都可以以0结尾。这很少发生，但它可以，因为每个线程的存储可以被延迟（在存储缓冲区或其他任何），直到其他线程的负载之后选择了一个值。如果这是合法的，那么CPU会积极地使用预取数据来满足负载，并缓冲存储，以便它们在退出时可能不会立即全局可见。（＆＃34;退休＆＃34;表示运行指令的线程的架构状态（包括EIP）已转移到下一条指令，并且提交了效果。）

其他可能性，一旦尘埃落定，总是包括1的全局变量。在每个线程的寄存器中，所有4个可能的零值和一个值都是可能的，包括1。他们可以看到彼此的商店。我不确定这有多大可能;它可能需要一个线程在其存储之后但在其加载之前被中断。如果两个线程都在同一物理核心上运行（超线程），this possibility is much more likely。

即使x和y的存储未对齐且跨越缓存行，0和1也是唯一可能的值。（C编译器输出和JVM会将变量对齐到它们的自然对齐，这使得它不是问题，但你可以在asm中做任何你想要的事情，所以我想我会提到它。）这是因为这两个值仅在最低有效字节中有所不同。

如果要存储跨越两个缓存行的32位-1到4个字节，则另一个线程可以加载值0x00ffffff或0xff000000，0x0000ffff或{ {1}}等等（取决于缓存行边界的位置），以及通常的0xffff0000或0（又名0xffffffff）。

re：Java。我还没有读过Java内存模型。其他答案说它甚至允许编译时重新排序（如c++11's std::atomic rules）。即使没有，没有完整的内存屏障，也可能发生StoreLoad重新排序。所以所有四个结果都是可能的。

即使您的JVM在x86 CPU（而不是像ARM这样的弱排序硬件）上运行，也是如此。

This answer to another question可能会解释为什么在x86上存在LFENCE / SFENCE，即使它们在大多数情况下都是无操作的。（即不使用-1或弱序存储区域（如USWC视频存储器）时。）

或者，只需阅读Jeff Preshing的其他博文，了解有关内存排序的更多信息。我发现真的非常有帮助。

Answer 3

我们可以简单地将语句标记如下：

server: {}

我们知道A出现在B之前，而C出现在D之前，所以只需在所有可能的排列中将C和D插入AB中：

A) [x] <- 1            C) [y] <- 1

B) EAX <- [y]           D) EBX <- [x]

考虑每种可能性的含义，注意大部分以CDAB CADB CABD ACDB ACBD ABCD或AC开头，输出CA，因为分配发生在(EAX,EBX)=(1,1)和{{{}之前1}}正在设置中。剩下的就是检查另外两种可能性。 EAX提供EBX，CDAB提供(EAX,EBX)=(1,0)。

对于Java版本，您声明编译器不保证执行的语句的顺序。在这种情况下，订购ABCD，(EAX,EBX)=(0,1)，A和B来获取（0,0），（1,0）应该不难（0,1）和（1,1）。

Java内存模型和并发

3 个答案: