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我研究了 Java 内存模型并看到了重新排序问题。一个简单的例子:
boolean first = false;
boolean second = false;
void setValues() {
first = true;
second = true;
}
void checkValues() {
while(!second);
assert first;
}
second
之前存储
first
有什么性能优势?
最佳答案
TL;DR :它为编译器和硬件提供了更多的空间来利用 as-if 规则,不需要它保留原始源的所有行为,只保留单线程本身的结果。
将加载/存储的外部可观察(来自其他线程)排序作为优化必须保留的内容,为编译器提供了很大的空间将事物合并为更少的操作。对于硬件,延迟存储是最重要的,但对于编译器,各种重新排序都可以提供帮助。
(有关为什么它有助于编译器的部分,请参阅部分内容)
为什么它有助于硬件
硬件重新排序较早的存储与较晚的负载( StoreLoad reordering )在 CPU 内对于乱序执行至关重要。 (见下文)。
其他类型的重新排序(例如 StoreStore 重新排序,这是您问题的主题)不是必需的,并且高性能 CPU 可以仅使用 StoreLoad 重新排序来构建,而不是其他三种。 (主要示例是 tag:x86,其中每个商店都是 release-store, every load is an acquire-load 。有关更多详细信息,请参阅 x86 标签维基。)
有些人,比如 Linus Torvalds,认为与其他商店重新订购商店对硬件没有多大帮助, because hardware already has to track store-ordering to support out-of-order execution of a single thread 。 (单个线程始终运行,就好像它自己的所有存储/加载都按程序顺序发生一样。)如果您好奇,请参阅该线程中关于 realworldtech 的其他帖子。和/或如果你发现 Linus 的侮辱和合理的技术论据很有趣:P
对于 Java,问题在于,存在 架构,其中硬件不提供这些排序保证 。 Weak memory ordering 是 ARM、PowerPC 和 MIPS 等 RISC ISA 的共同特征。 (但不是 SPARC-TSO)。该设计决策背后的原因与我链接的真实世界技术线程中争论的原因相同:使硬件更简单,并让软件在需要时请求订购。
因此,Java 的架构师没有太多选择:为内存模型比 Java 标准弱的架构实现 JVM 需要在每次存储之后执行存储屏障指令,并且在每次加载之前需要加载屏障. (除非 JVM 的 JIT 编译器可以证明没有其他线程可以引用该变量。)一直运行屏障指令很慢。
强大的 Java 内存模型将使 ARM(和其他 ISA)上的高效 JVM 变得不可能。证明不需要障碍几乎是不可能的,需要人工智能水平的全局程序理解。 (这远远超出了普通优化器所做的)。
为什么它有助于编译器
(另请参阅 Jeff Preshing 在 C++ compile-time reordering 上的优秀博客文章。当您将 JIT 编译到 native 代码作为过程的一部分时,这基本上适用于 Java。)
保持 Java 和 C/C++ 内存模型弱的另一个原因是允许更多优化。由于允许其他线程(通过弱内存模型)以任何顺序观察我们的存储和加载,即使代码涉及到内存的存储,也允许激进的转换。
例如在像 Davide 的例子这样的情况下:
c.a = 1;
c.b = 1;
c.a++;
c.b++;
// same observable effects as the much simpler
c.a = 2;
c.b = 2;
不要求其他线程能够观察中间状态。因此,编译器可以将其编译为
c.a = 2; c.b = 2;
,无论是在 Java 编译时还是在字节码被 JIT 编译为机器码时。
c.a += 4
。
std::atomic<int>
来获得共享变量的某些排序保证。
这是错误的,因为优化基于语言内存模型的 as-if 规则,而不是目标硬件。
关于java - 内存重新排序如何帮助处理器和编译器?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/37725497/
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我是一名优秀的程序员,十分优秀!