java - 发生在 Java 内存模型之前和程序顺序

Question

我对程序顺序及其如何影响 JMM 中的重新排序有一些疑问。

在 Java 内存模型中，程序顺序 (po) 被定义为程序中每个线程中操作的总顺序。根据JLS ，这会导致 happens-before (hb) 边:

If x and y are actions of the same thread and x comes before y inprogram order, then hb(x, y) (i.e. x happens-before y).

所以对于一个简单的程序P:

  initially, x = y = 0
     T1     |     T2
 -----------|-----------
  1. r1 = x | 3. r2 = y  
  2. y = 1  | 4. x = r2

我认为 po(1, 2) 和 po(3, 4)。因此，hb(1, 2) 和 hb(3, 4)。

现在假设我想对其中一些语句重新排序，得到 P':

  initially, x = y = 0
     T1     |     T2
 -----------|-----------
  2. y = 1  | 3. r2 = y  
  1. r1 = x | 4. x = r2

根据 this paper ，我们可以重新排序任何两个相邻的语句(例如 1 和 2)，前提是重新排序不会消除任何有效执行中的任何可传递的先行发生边。然而，由于 hb 是由 po 定义的(部分)，并且 po 是线程操作的总顺序，在我看来它在不违反 hb 的情况下不可能对任何两个语句重新排序，因此 P' 不是合法的转换。

我的问题是:

1. 我对 po 和 hb 的理解是否正确，我是否正确地定义了 po 和 hb到上面的程序 P?
2. 我对关于 hb 失败的重新排序的理解在哪里？

Answer 1

你错过了 JLS 的这一部分:

It should be noted that the presence of a happens-before relationship between two actions does not necessarily imply that they have to take place in that order in an implementation. If the reordering produces results consistent with a legal execution, it is not illegal.

在您的情况下，由于 1 和 2 不相关，因此可以翻转它们。现在如果 2 是 y = r1，那么 1 必须在 2 之前发生才能得到正确的结果。

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真正的问题出现在多处理器执行上。在没有任何先行边界的情况下，无论执行顺序如何，T2 都可以观察到 2 发生在 1 之前。

这是因为 CPU 缓存。假设 T1 以任意顺序执行了 1 和 2。由于不存在 happen-before 边界，这些操作仍在 CPU 缓存中，并且根据其他需要，缓存中包含结果 2 的部分可能会在包含结果 1 的缓存部分之前被刷新。

如果 T2 在这两个缓存刷新事件之间执行，它将观察到 2 已经发生而 1 没有发生，即据 T2 所知，2 在 1 之前发生。

如果不允许，则 T1 必须在 1 和 2 之间建立一个 happens-before 边界。

在 Java 中有多种方法可以做到这一点。旧的风格是将 1 和 2 放入单独的 synchronized block 中，因为 synchronized block 的开始和结束是 happens-before 边界，即任何 Action 之前 block 发生在 block 内的操作之前， block 内的任何操作都发生在 block 之后的操作之前。