围绕 volatile 字段重新排序正常字段答案

【问题标题】：Reorder normal field around volatile field围绕 volatile 字段重新排序正常字段
【发布时间】：2011-02-07 08:49:34
【问题描述】：

基于

volatile 有什么作用？ http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/jsr-133-faq.html#incorrectlySync

和

volatile 的新保证 http://www.ibm.com/developerworks/library/j-jtp03304/

class VolatileExample {
  int x = 0;
  volatile boolean v = false;
  public void writer() {
    x = 42;
    v = true;
  }

  public void reader() {
    if (v == true) {
      //uses x - guaranteed to see 42.
    }
  }
}

好像是这样。

1a) write to non-volatile variable x 
1b) write to volatile variable v

1a 永远无法通过 1b

我想知道，如果我将源代码修改为以下内容

class VolatileExample {
  int x = 42;
  volatile boolean v = true;
  public void writer() {
    v = false;
    x = 0;
  }

  public void reader() {
    if (v == true) {
      //uses x - guaranteed to see 42?????
    }
  }
}

下面的序列可以置换吗？

2a) write to volatile variable v
2b) write to non-volatile variable x

我想知道，2b 可以在 2a 之前移动吗？这是因为如果 2b 能够在 2a 之前移动，读者就不能再保证在 if 块中看到 42。

根据以下信息，我觉得 2b 可以在 2a 之前移动。

http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/jsr-133-faq.html#reordering

写入 volatile 字段具有和显示器一样的记忆效应释放，并从易失性中读取场具有相同的记忆效应监控获取。

这意味着任何内存操作之前对线程可见退出同步块是进入后对任何线程可见受保护的同步块同一台显示器，因为所有的内存操作发生在发布之前，并且释放发生在获取。

和Roach Motels and The Java Memory Model

volatile_v = true;      <-- monitor release
non_volatile_x = 42;
(volatile_v will act as a roach motels, and it is fine for non_volatile_x to move into roach motels)


non_volatile_x = 42;
volatile_v = true;      <-- monitor release
(volatile_v will act as a roach motels, and it is not OK for non_volatile_x to move out from roach motels)

【问题讨论】：

标签： java multithreading

【解决方案1】：

我们知道，对 volatile 变量的写入不能相对于任何先前的读取或写入重新排序（从 Java5 开始），但反过来就不是这样了。所以将程序重新排序为 x = 0; v = 假；据我了解是正确的。

在我们写入 v 之后，我们保证在读取 v 时，在写入 v 之前发生的每个动作都是可见的，但它没有说明写入 v 之后的动作 - 这些可能发生也可能没有发生甚至可以在写入 v 之前重新排序。

【讨论】：

你能举出任何具体的例子吗？可能会发生重新排序？
这种行为的示例可能很难通过（这是问题的本质），但对于第一个声明，我可以引用：cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html - Fixing Double-Checked 下的部分使用易失性锁定。帖子的其余部分基于java.sun.com/docs/books/jls/third_edition/html/…。没有指定在写入 volatile 变量之前不能重新排序写入，即它应该是有效的。

【解决方案2】：

volatile 有两个部分，指令的顺序和写入的“刷新”。

指令的顺序不会改变，但是两段代码之间可能会有任何延迟，所以在第二种情况下 x 可能是 42 但也可能是 0。我猜你会更频繁地看到 0。

根据您的架构，这可能比在其他系统上更有可能，因此在一台机器上测试它发现它是 42，并不意味着它总是在另一台机器上。

【讨论】：

为什么说指令的顺序不会改变？你有什么具体的参考吗？
AFAIK，相同的参考文献基本上表明 volatile 上的指令不会向前或向后移动。
操作顺序无关紧要。问题是单独的操作之一。正如@Peter 指出的那样，调用reader() 的线程可能会进入 if 块，然后最终被无限期延迟。当它最终被重新安排执行时，x 现在可能是 0。

【解决方案3】：

据我了解新的内存模型，一旦一个 volatile 值被刷新到主内存，所有其他可以被刷新线程看到的变量也必须被刷新。但是这样做的结果是 VM 无法将您的 2b 重新排序到 2a 之前，因为这会违反代码中隐含的“发生之前”排序。

【讨论】：

将 2b 移到 2a 之前不应违反 'happens-before' 关系。 If one action happens-before another, then the first is visible to and ordered before the second. 在 2a 之前什么都没有发生。因此，将 2b 移到 2a 上方应该没问题。 java.sun.com/docs/books/jls/third_edition/html/…

【解决方案4】：

我认为你不能保证这一点，因为类实例字段 x 没有被封装，并且包可见可以由另一个线程更改。将 x 变量设为 volatile 将解决该问题并保证所有线程的可见性。

【讨论】：

【解决方案5】：

可以将语句 2b（写入非易失性变量 x）移到语句 2a（写入易失性变量 v）之前，即有可能另一个线程看到 v==true 和 x==0）。

请注意，即使不重新排序另一个线程也可能会看到这些值！

假设VolatileExample 的实例已创建并初始化。线程 T1 在该实例上执行方法 reader。它看到v == true 并被调度程序中断。第二个线程调用方法writer 现在可以执行分配v=false 和x=0。当 T1 恢复并读取 x 时，它可能会读取值 0（但不能保证看到 0）。如果它看到值 0，那么我们就会遇到这种情况，即 T1 看到 v==true 和 x==0。在 T1 看来，这两个语句似乎已重新排序。由于无需重新排序即可观察到这种状态，因此实际上允许重新排序是有道理的。

【讨论】：