java - weakCompareAndSwap 与 compareAndSwap

Question

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(内部版本 149)，为什么它们的汇编代码之间存在差异？

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:

 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

weakCompareAndSwapInt 的输出:

  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，我还不够全面，无法理解整个输出，但绝对可以看出 lock addl 和 lock cmpxchg 之间的区别。

编辑彼得的回答让我开始思考。让我们看看 compareAndSwap 是否是一个内部调用:

-XX:+PrintIntrinsics -XX:-PrintAssembly

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

然后使用/不使用运行示例两次:

-XX:DisableIntrinsic=_compareAndSwapInt

这有点奇怪，输出完全相同(完全相同的指令)，唯一的区别是使用 enable intrinsic 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}

这很有趣，内在代码不应该有所不同吗？

EDIT-2 the8472 也很有意义。

lock addl 是 mfence 的替代品，据我所知，它在 x86 上刷新 StoreBuffer，它确实与可见性有关，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here is 将委托(delegate)给另一个本地人 call to Atomic:: cmpxchg这似乎是在原子地进行交换。

为什么这不能替代直接 lock cmpxchg 对我来说是个谜。

Answer 1

TL;DR您查看的是汇编输出中的错误位置。

compareAndSwapInt 和 weakCompareAndSwapInt calls 在 x86-64 上被编译为完全相同 ASM 序列。然而，方法本身的编译方式不同(但这通常无关紧要)。

1. source code中compareAndSwapInt和weakCompareAndSwapInt的定义是不同的。前者是native方法，后者是Java方法。

   @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. 您所看到的是这些独立 方法是如何编译的。 native 方法编译为调用相应 C 函数的 stub 。但这不是在快速路径中运行的。

3. 内部方法是那些调用被特定于 HotSpot 的内联实现替换的方法。 注意:替换了调用，但未替换方法本身。

4. 如果您查看 WeakVsNonWeak.strong 方法的汇编输出，您会发现它包含 lock cmpxchg 指令，无论它是否调用 UNSAFE.compareAndSwapInt 或 UNSAFE.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 main 方法被 JIT 编译，独立版本的 Unsafe.* 方法将不会被直接调用。