单例模式 双重检查
Object o = new Object();
汇编指令如下：
0 new #2 <java/lang/Object>
3 dup
4 invokespecial #1 <java/lang/Object.<init>>
7 astore_1
8 return
复制代码jvm优化可能导致 4 和 7指令交换位置。
- 优化前：
- 0 分配内存，赋默认值
- 4 对象赋初始值
- 7 引用指向对象
- 优化后：
- 0 分配内存，赋默认值
- 7 引用指向对象（假如第二个线程此时进行第二次检查，此时对象已经有默认值，不为空，第二个线程获取到的就是线程一的默认值）
- 4 对象赋初始值
使用volatile可以防止指令重排序，所以声明引用时一定要使用volatile修饰
JMM
硬件层的并发优化基础知识
数据传输中的时间差距图
缓存行 cache line 的概念、缓存行对齐、伪共享
在这种模型下，CPU1和CPU2会出现数据不一致的问题
- 解决方案一：总线锁
总线锁会锁住总线，使得其他CPU甚至不能访问内存中其他的地址，因而效率较低。
- 解决方案二：各种一致性协议【MSI MESI MOSI Synapse Firefly Dragon】
Intel的CPU使用的是MESI Cache一致性协议
- 解决方案三：现代CPU的数据一致性实现 = 缓存锁(MESI ...) + 总线锁
缓存行
读取缓存以cache line为基本单位，目前64bytes
位于同一缓存行的两个不同数据，被两个不同CPU锁定，产生互相影响的伪共享问题
伪共享问题：JUC/c_028_FalseSharing【参考并发专题】
伪共享的解决方案：缓存行对齐填充能够提高效率，但是会浪费一部分内存，落地实现disruptor
乱序问题
CPU为了提高指令执行效率，会在一条指令执行过程中（比如去内存读数据（慢100倍）），去同时执行另一条指令，前提是，两条指令没有依赖关系
CPU的读等待同时指令执行，是CPU乱序执行的根源，参考文章
写操作也可以进行合并【JUC/029_WriteCombining】
乱序执行的证明：【JVM/jmm/Disorder.java】
原始参考：preshing.com/20120515/me…
如何保证特定情况下不乱序
有序性保障
CPU
-
CPU内存屏障【Intel x86 CPU】
- sfence:在sfence指令前的写操作当必须在sfence指令后的写操作前完成
- Ifence:在Ifence指令前的读操作当必须在Ifence指令后的读操作前完成
- mfence:在mfence指令前的读写操作当必须在mfence指令后的读写操作前完成
-
原子指令lock
如x86上的”lock …” 指令是一个Full Barrier，执行时会锁住内存子系统来确保执行顺序，甚至跨多个CPU。Software Locks通常使用了内存屏障或原子指令来实现变量可见性和保持程序顺序
JVM
- 内存屏障
LoadLoad屏障：
对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2，
在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
StoreStore屏障：
对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2，
在Store2及后续写入操作执行前，保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
LoadStore屏障：
对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2，
在Store2及后续写入操作被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
StoreLoad屏障：
对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2，
在Load2及后续所有读取操作执行前，保证Store1的写入对所有处理器可见。
- lock指令
synchronized的实现细节是使用hsdis观察汇编码，lock指令comxch
volatile 实现细节
- 字节码层面
ACC_VOLATILE
- JVM层面
volatile内存区的读写 都加屏障
StoreStoreBarrier
volatile 写操作
StoreLoadBarrier
LoadLoadBarrier
volatile 读操作
LoadStoreBarrier
- OS和硬件层面
hsdis - HotSpot Dis Assembler
使用hsdis观察汇编码
windows lock 指令实现 | MESI实现
lock指令xxx执行xxx指令的时候保证对内存区域加锁
synchronized实现细节
- 字节码层面
- 方法：ACC_SYNCHRONIZED
- 同步块：monitorenter monitorexit monitorexit【使用两个exit是因为异常退出】
- JVM层面
C C++ 调用了操作系统提供的同步机制【windows和Linux内核的实现不同】
- OS和硬件层面
X86 : 使用 lock cmpxchg / xxx 实现
参考文章：Java使用字节码和汇编语言同步分析volatile，synchronized的底层实现
java并发内存模型
hanppens-before原则（JVM规定重排序必须遵守的原则） JLS17.4.5
• 程序次序规则：同一个线程内，按照代码出现的顺序，前面的代码先行于后面的代码，准确的说是控制流顺序，因为要考虑到分支和循环结构。
• 管程锁定规则：一个unlock操作先行发生于后面（时间上）对同一个锁的lock操作。
• volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于后面（时间上）对这个变量的读操作。
• 线程启动规则：Thread的start( )方法先行发生于这个线程的每一个操作。
• 线程终止规则：线程的所有操作都先行于此线程的终止检测。可以通过Thread.join( )方法结束、Thread.isAlive( )的返回值等手段检测线程的终止。
• 线程中断规则：对线程interrupt( )方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生，可以通过Thread.interrupt( )方法检测线程是否中断
• 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行于发生它的finalize()方法的开始。
• 传递性：如果操作A先行于操作B，操作B先行于操作C，那么操作A先行于操作C
as if serial
不管如何重排序，单线程执行结果不会改变。
