java - 单核 cpu 上的 volatile 和 synchronized(示例 - pentium pro)

Question

我已阅读并详细了解 Java volatile 和 synchronized 关键字在基于 SMP 架构的 CPU 中 cpu 级别的含义。

这里有一篇关于该主题的优秀论文:

http://irl.cs.ucla.edu/~yingdi/web/paperreading/whymb.2010.06.07c.pdf

现在，将 SMP cpus 放在一边来解决这个问题。我的问题是:volatile 和 synchronized 关键字如何工作，因为它与旧的单核 CPU 相关。以 Pentium I/Pro/II/III/早期 IV 为例。

我特别想知道:

1) L1-L2 缓存是否不用于读取内存地址，所有读写都直接对主内存执行？如果是，为什么？ (既然只有一个缓存副本，不需要一致性协议(protocol)，为什么缓存不能直接被两个对单核CPU进行时间分片的线程使用？)。这是我在阅读了数十个关于 volatile 如何读写“主内存中的主副本”的互联网论坛后问这个问题的。

2) 除了锁定 this 或 specified 对象(更像是 Java 平台)之外，synchronized 关键字对单核 CPU(编译器、汇编、执行、缓存)还有哪些其他影响？

3) 对于非超标量 CPU (Pentium I)，指令不会重新排序。那么如果是这样的话，那么在 Pentium 1 上运行时是否需要 volatile 关键字？ (原子性、可见性和排序将是“没有问题”的权利，因为只有一个缓存，一个核心在缓存上工作，并且没有重新排序)。

Answer 1

1) Is the L1-L2 caches not used to read memory addresses and all reads and writes are performed directly to main memory?

没有。缓存仍处于启用状态。这与 SMP 无关。

2) Apart from taking a lock on the this or specified object which is more of a Java platform thingy, what other effects does the synchronized keyword have on single core CPUs (compilers, assembly, execution, cache) ?

3) Does anything change with respect to a superscalar/non superscalar architecture (out-of-order) processor w.r.t these two keywords?

天啊，你一定要问这个关于 Java 的问题吗？请记住，所有事情最终都会归结为良好的老式机器指令。我不是很熟悉 Java 同步的内部结构，但据我了解，synchronized 只是典型的监视器式同步机制的语法糖。临界区中不允许同时存在多个线程。不是简单地在自旋锁上旋转，而是利用调度程序 - 等待线程进入 hibernate 状态，并在能够再次获取锁定时唤醒。

要记住的是，即使在单核、非 SMP 系统上，您仍然必须担心操作系统抢占线程!只要操作系统需要，这些线程就可以在 CPU 上和关闭时进行调度。当然，这就是锁的用途。

同样，这个问题最好在汇编的上下文中提出，甚至是 C(其编译结果通常可以直接推断)，而不是 Java，后者必须处理 VM、JIT 代码等。