了解Java中的易失性和非易失性读/写

时间:2016-02-06 09:07:39

标签: java assembly x86

我的java代码如下

public class MyClass {
    volatile int voltile ;  //7
    int nonVoltile ;   //8

    public static void main(String[] args) {
        for(int i=1; i<100000; i++){
            f();
        }
    }

    static void f(){   //16
        MyClass t = new MyClass();  //17
        t.voltile = t.nonVoltile;  //18

        t.nonVoltile = 0x11111; //20
        t.voltile = 0x22222;  //21

        t.nonVoltile = t.nonVoltile + 1; //23
        t.voltile = t.voltile + 1; //24

    }
}

函数“f”的生成程序集片段如下

对于易失性写入

  0x024c73ff: mov    0xc(%esi),%eax
  0x024c7402: mov    %eax,0x8(%esi)
  0x024c7405: lock addl $0x0,(%esp)     ;*putfield voltile
                                        ; - j.assembly.MyClass::f@13 (line 18)

我有以下问题

  1. 为什么两个上面的指示移动?为什么不直接将0xc(%esi)移动到0x8(%esi)
  2. 0x024c7405有什么用:lock addl $ 0x0,(%esp)?
  3. 易于阅读

      0x024c7425: mov    0x8(%esi),%eax     ;*getfield voltile
                                            ; - j.assembly.MyClass::f@40 (line 24)
    

    仅生成一条读指令

    1. 这个易失性读取是否发生在主内存中?
    2. 为什么没有像 lock addl 指令锁那样用于易失性写入?
    3. 据我所知,我也在粘贴完整的程序集

      CompilerOracle: print *MyClass.f
      Compiled method (c1)     142   14   !         j.assembly.MyClass::f (81 bytes)
       total in heap  [0x024c72c8,0x024c77d8] = 1296
       relocation     [0x024c7398,0x024c73bc] = 36
       main code      [0x024c73c0,0x024c7600] = 576
       stub code      [0x024c7600,0x024c7620] = 32
       oops           [0x024c7620,0x024c7624] = 4
       metadata       [0x024c7624,0x024c7628] = 4
       scopes data    [0x024c7628,0x024c76a4] = 124
       scopes pcs     [0x024c76a4,0x024c77d4] = 304
       dependencies   [0x024c77d4,0x024c77d8] = 4
      Loaded disassembler from hsdis-i386.dll
      Decoding compiled method 0x024c72c8:
      Code:
      [Disassembling for mach='i386']
      [Entry Point]
      [Verified Entry Point]
      [Constants]
        # {method} {0x14830304} 'f' '()V' in 'j/assembly/MyClass'
        #           [sp+0x40]  (sp of caller)
        0x024c73c0: mov    %eax,0xffffc000(%esp)
        0x024c73c7: push   %ebp
        0x024c73c8: sub    $0x38,%esp
        0x024c73cb: mov    $0x14830350,%edx   ;   {metadata('j/assembly/MyClass')}
        0x024c73d0: mov    %fs:0x0,%ecx
        0x024c73d8: mov    0xfffffff4(%ecx),%ecx
        0x024c73db: mov    0x34(%ecx),%eax
        0x024c73de: lea    0x10(%eax),%edi
        0x024c73e1: cmp    0x3c(%ecx),%edi
        0x024c73e4: ja     0x024c7589
        0x024c73ea: mov    %edi,0x34(%ecx)
        0x024c73ed: mov    0x60(%edx),%ecx
        0x024c73f0: mov    %ecx,(%eax)
        0x024c73f2: mov    %edx,0x4(%eax)
        0x024c73f5: xor    %ecx,%ecx
        0x024c73f7: mov    %ecx,0x8(%eax)
        0x024c73fa: mov    %ecx,0xc(%eax)
        0x024c73fd: mov    %eax,%esi          ;*new  ; - j.assembly.MyClass::f@0 (line 17)
      
        0x024c73ff: mov    0xc(%esi),%eax
        0x024c7402: mov    %eax,0x8(%esi)
        0x024c7405: lock addl $0x0,(%esp)     ;*putfield voltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@13 (line 18)
      
        0x024c740a: movl   $0x11111,0xc(%esi)  ;*putfield nonVoltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@19 (line 20)
      
        0x024c7411: mov    $0x22222,%eax
        0x024c7416: mov    %eax,0x8(%esi)
        0x024c7419: lock addl $0x0,(%esp)     ;*putfield voltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@25 (line 21)
      
        0x024c741e: movl   $0x11112,0xc(%esi)  ;*putfield nonVoltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@35 (line 23)
      
        0x024c7425: mov    0x8(%esi),%eax     ;*getfield voltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@40 (line 24)
      
        0x024c7428: inc    %eax
        0x024c7429: mov    %eax,0x8(%esi)
        0x024c742c: lock addl $0x0,(%esp)     ;*putfield voltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@45 (line 24)
      
        0x024c7431: lea    0x20(%esp),%edi
        0x024c7435: mov    %esi,0x4(%edi)
        0x024c7438: mov    (%esi),%eax
        0x024c743a: mov    %eax,%ebx
        0x024c743c: and    $0x7,%ebx
        0x024c743f: cmp    $0x5,%ebx
        0x024c7442: jne    0x024c74ca
        0x024c7448: mov    %eax,(%edi)
        0x024c744a: mov    0x4(%esi),%ebx
        0x024c744d: mov    0x60(%ebx),%ebx
        0x024c7450: xor    %eax,%ebx
        0x024c7452: mov    %fs:0x0,%eax
        0x024c745a: mov    0xfffffff4(%eax),%eax
        0x024c745d: xor    %ebx,%eax
        0x024c745f: and    $0xffffff87,%eax
        0x024c7462: je     0x024c74eb
        0x024c7468: test   $0x7,%eax
        0x024c746d: jne    0x024c74be
        0x024c746f: test   $0x180,%eax
        0x024c7474: jne    0x024c749a
        0x024c7476: mov    (%edi),%eax
        0x024c7478: and    $0x1ff,%eax
        0x024c747e: mov    %fs:0x0,%ebx
        0x024c7486: mov    0xfffffff4(%ebx),%ebx
        0x024c7489: or     %eax,%ebx
        0x024c748b: lock cmpxchg %ebx,(%esi)
        0x024c748f: jne    0x024c7595
        0x024c7495: jmp    0x024c74eb
        0x024c749a: mov    0x4(%esi),%ebx
        0x024c749d: mov    0x60(%ebx),%ebx
        0x024c74a0: mov    %fs:0x0,%eax
        0x024c74a8: mov    0xfffffff4(%eax),%eax
        0x024c74ab: or     %eax,%ebx
        0x024c74ad: mov    (%edi),%eax
        0x024c74af: lock cmpxchg %ebx,(%esi)
        0x024c74b3: jne    0x024c7595
        0x024c74b9: jmp    0x024c74eb
        0x024c74be: mov    (%edi),%eax
        0x024c74c0: mov    0x4(%esi),%ebx
        0x024c74c3: mov    0x60(%ebx),%ebx
        0x024c74c6: lock cmpxchg %ebx,(%esi)
        0x024c74ca: mov    (%esi),%eax
        0x024c74cc: or     $0x1,%eax
        0x024c74cf: mov    %eax,(%edi)
        0x024c74d1: lock cmpxchg %edi,(%esi)
        0x024c74d5: je     0x024c74eb
        0x024c74db: sub    %esp,%eax
        0x024c74dd: and    $0xfffff003,%eax
        0x024c74e3: mov    %eax,(%edi)
        0x024c74e5: jne    0x024c7595         ;*monitorenter
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@51 (line 26)
      
        0x024c74eb: mov    0xc(%esi),%eax     ;*getfield nonVoltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@54 (line 27)
      
        0x024c74ee: inc    %eax
        0x024c74ef: mov    %eax,0xc(%esi)     ;*putfield nonVoltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@59 (line 27)
      
        0x024c74f2: mov    0x8(%esi),%eax     ;*getfield voltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@64 (line 28)
      
        0x024c74f5: inc    %eax
        0x024c74f6: mov    %eax,0x8(%esi)
        0x024c74f9: lock addl $0x0,(%esp)     ;*putfield voltile
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@69 (line 28)
      
        0x024c74fe: lea    0x20(%esp),%eax
        0x024c7502: mov    0x4(%eax),%edi
        0x024c7505: mov    (%edi),%esi
        0x024c7507: and    $0x7,%esi
        0x024c750a: cmp    $0x5,%esi
        0x024c750d: je     0x024c7527
        0x024c7513: mov    (%eax),%esi
        0x024c7515: test   %esi,%esi
        0x024c7517: je     0x024c7527
        0x024c751d: lock cmpxchg %esi,(%edi)
        0x024c7521: jne    0x024c75a6         ;*monitorexit
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@73 (line 26)
      
        0x024c7527: add    $0x38,%esp
        0x024c752a: pop    %ebp
        0x024c752b: test   %eax,0xdd0100      ;   {poll_return}
        0x024c7531: ret                       ;*return
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@80 (line 30)
      
        0x024c7532: mov    %fs:0x0,%esi
        0x024c753a: mov    0xfffffff4(%esi),%esi
        0x024c753d: mov    0x1a4(%esi),%eax
        0x024c7543: movl   $0x0,0x1a4(%esi)
        0x024c754d: movl   $0x0,0x1a8(%esi)
        0x024c7557: mov    %eax,%esi
        0x024c7559: lea    0x20(%esp),%eax
        0x024c755d: mov    0x4(%eax),%ebx
        0x024c7560: mov    (%ebx),%edi
        0x024c7562: and    $0x7,%edi
        0x024c7565: cmp    $0x5,%edi
        0x024c7568: je     0x024c7582
        0x024c756e: mov    (%eax),%edi
        0x024c7570: test   %edi,%edi
        0x024c7572: je     0x024c7582
        0x024c7578: lock cmpxchg %edi,(%ebx)
        0x024c757c: jne    0x024c75b7         ;*monitorexit
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@78 (line 26)
      
        0x024c7582: mov    %esi,%eax
        0x024c7584: jmp    0x024c75ec
        0x024c7589: mov    %edx,%edx
        0x024c758b: call   0x024bc740         ; OopMap{off=464}
                                              ;*new  ; - j.assembly.MyClass::f@0 (line 17)
                                              ;   {runtime_call}
        0x024c7590: jmp    0x024c73fd
        0x024c7595: mov    %esi,0x4(%esp)
        0x024c7599: mov    %edi,(%esp)
        0x024c759c: call   0x024bdc40         ; OopMap{esi=Oop [36]=Oop off=481}
                                              ;*monitorenter
                                              ; - j.assembly.MyClass::f@51 (line 26)
                                              ;   {runtime_call}
        0x024c75a1: jmp    0x024c74eb
        0x024c75a6: lea    0x20(%esp),%eax
        0x024c75aa: mov    %eax,(%esp)
        0x024c75ad: call   0x024bde00         ;   {runtime_call}
        0x024c75b2: jmp    0x024c7527
        0x024c75b7: lea    0x20(%esp),%eax
        0x024c75bb: mov    %eax,(%esp)
        0x024c75be: call   0x024bde00         ;   {runtime_call}
        0x024c75c3: jmp    0x024c7582
        0x024c75c5: nop    
        0x024c75c6: nop    
        0x024c75c7: mov    %fs:0x0,%esi
        0x024c75cf: mov    0xfffffff4(%esi),%esi
        0x024c75d2: mov    0x1a4(%esi),%eax
        0x024c75d8: movl   $0x0,0x1a4(%esi)
        0x024c75e2: movl   $0x0,0x1a8(%esi)
        0x024c75ec: add    $0x38,%esp
        0x024c75ef: pop    %ebp
        0x024c75f0: jmp    0x024bbec0         ;   {runtime_call}
        0x024c75f5: hlt    
        0x024c75f6: hlt    
        0x024c75f7: hlt    
        0x024c75f8: hlt    
        0x024c75f9: hlt    
        0x024c75fa: hlt    
        0x024c75fb: hlt    
        0x024c75fc: hlt    
        0x024c75fd: hlt    
        0x024c75fe: hlt    
        0x024c75ff: hlt    
      [Exception Handler]
      [Stub Code]
        0x024c7600: call   0x024bd6c0         ;   {no_reloc}
        0x024c7605: push   $0x77f387fc        ;   {external_word}
        0x024c760a: call   0x024c760f
        0x024c760f: pusha  
        0x024c7610: call   0x77e22130         ;   {runtime_call}
        0x024c7615: hlt    
      [Deopt Handler Code]
        0x024c7616: push   $0x24c7616         ;   {section_word}
        0x024c761b: jmp    0x0245c2b0         ;   {runtime_call}
      OopMapSet contains 2 OopMaps
      
      #0 
      OopMap{off=464}
      #1 
      OopMap{esi=Oop [36]=Oop off=481}
      Picked up _JAVA_OPTIONS: -Djava.net.preferIPv4Stack=true
      Java HotSpot(TM) Client VM warning: printing of assembly code is enabled; turning on DebugNonSafepoints to gain additional output
      

1 个答案:

答案 0 :(得分:8)

您在生成的反汇编中看到的是Java volatile字段的特性 这个主题不能简单解释,因为它源于CPU的演变和工作方式,但是根据说明简单地说:

 THREAD 0                       THREAD 1
 int x = 0, y = 0;              while (y==0);
 x = 1;                         int z = x, w = y;
 y = x + 1;

THREAD 1 很可能以z=0w=2结束。
这不是你通常想要的。为了更好地理解这种情况发生的原因,请参考this great blogthis nice text

为了解决这个问题,Java定义了一个内存模型,您可以在Java Language Specification的第17.4章中阅读更多相关信息。
在该模型中,它定义了一个名为发生在之前的指令之间的关系,这种关系确保了发生在另一条指令之前的指令的每个副作用对于后者。
简单地说,这保证你没有像上面的例子那样令人讨厌的惊喜,在两个不同的线程中,指令x = 1int z = x不在发生之前关系并且无法保证对x的写入对另一个线程可见(但是可以保证它对 THREAD 0 可见)。

第17.4章列出了发生前关系中的两条指令的内容,例如在同一线程中。
在这种关系中产生两个指令的另一个条件是进入另一种关系:同步 - 与关系。
Java volatile字段在写入和从该字段读取之间生成同步。这是一个非常强大的条件!
简单地说:volatile - &gt; 同步 - &gt; 发生在之前 - &gt;副作用的序列化。

因此Java volatile是一种可以经常使用而不是锁的同步机制。

为了满足线程之间发生之前的关系,必须使用内存屏障

您编译了IA32体系结构的Java代码,a.k.a。x86。在这种架构中有各种围栏指令专用于微调。还有原始的序列化指令:这些指令可以保证之前的所有其他指令(包括副作用)在序列化之前完成。
他们是穷人的障碍。

  lock addl $0x0,(%esp)

正如您所看到的,此指令不执行任何操作,它会在esp处向DWORD添加零,但它使用lock前缀进行序列化,因此充当记忆障碍。说实话,是一个沉重的人。

您的其他问题只是回答:

  • 有两个动作,因为您正在阅读nonVoltile(第一步)并写入voltile(第二步)。
  • 易失性读取不需要障碍,因为每次写入使用的voltile序列化了写入和读取操作。
  • 如果不考虑缓存层次结构,则会从主内存中发生易失性读取。请注意,您只考虑增加字段的三条指令中的第一条。