「java指令重排序原理」指令重排序种类
今天给各位分享java指令重排序原理的知识，其中也会对指令重排序种类进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！
本文目录一览：
java里volatile关键字有什么特性？
Java语言中关键字 volatile 被称作轻量级的 synchronized，与synchronized相比，volatile编码相对简单且运行的时的开销较少，但能够正确合理的应用好 volatile 并不是那么的容易，因为它比使用锁更容易出错，接下来本文主要介绍 volatile 的使用准则，以及使用过程中需注意的地方。
为何使用volatile？
（1）简易性：在某些需要同步的场景下使用volatile变量要比使用锁更加简单
（2）性能：在某些情况下使用volatile同步机制的性能要优于锁
（3）volatile操作不会像锁一样容易造成阻塞
volatile特性
（1）volatile 变量具有 synchronized 的可见性特性，及如果一个字段被声明为volatile，java线程内存模型确保所有的线程看到这个变量的值是一致的
（2）禁止进行指令重排序
（3）不保证原子性
注：
① 重排序：重排序通常是编译器或运行时环境为了优化程序性能而采取的对指令进行重新排序执行的一种手段
② 原子性：不可中断的一个或一系列操作
③ 可见性：锁提供了两种主要特性：互斥和可见性，互斥即一次只允许一个线程持有某个特定的锁，因此可使用该特性实现对共享数据的协调访问协议，这样，一次就只有一个线程能够使用该共享数据。可见性要更加复杂一些，它必须确保释放锁之前对共享数据做出的更改对于随后获得该锁的另一个线程是可见的。
volatile的实现原理
如果对声明了volatile的变量进行写操作，JVM就会向处理器发送一条Lock前缀的指令，该Lock指令会使这个变量所在缓存行的数据回写到系统内存，根据缓存一致性协议，每个处理器都会通过嗅探在总线上传输的数据来检查自己缓存的值是否已过期，当处理器发现自己的缓存行对应的地址被修改，就会将当前处理器的缓存行设置成无效状态，在下次访问相同内存地址时，强制执行缓存行填充。
正确使用volatile的场景
volatile 主要用来解决多线程环境中内存不可见问题。对于一写多读，是可以解决变量同步问题，但是如果多写，就无法解决线程安全问题。如：
1、不适合使用volatile的场景（非原子性操作）
（1）反例
private static volatile int nextSerialNum = 0;
public static long generateSerialNum() {
return nextSerialNum++;
}
这个方法的目的是要确保每次调用都返回不同的自增值，然而结果并不理想，问题在于增量操作符（++）不是原子操作，实际上它是一个由读取－修改－写入操作序列组成的组合操作，如果第二个线程在第一个线程读取旧值和写回新值期间读取这个域，第二个线程与第一个线程就会读取到同一个值。
（2）正例
其实面对上面的反例场景可以使用JDK1.5 java.util.concurrent.atomic中提供的原子包装类型来保证原子性操作
private static AtomicInteger nextSerialNum = new AtomicInteger(0);
public static long generateSerialNum() {
return nextSerialNum.getAndIncrement();
}
2、适合使用volatile的场景
在日常工作当中volatile大多被在状态标志的场景当中，如：
要通过一个线程来终止另外一个线程的场景
（1）反例
private static boolean stopThread;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread th = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (!stopThread) {
i++;
}
}
});
th.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
stopThread = true;
}
运行后发现该程序根本无法终止循环，原因是，java语言规范并不保证一个线程写入的值对另外一个线程是可见的，所以即使主线程main函数修改了共享变量stopThread状态，但是对th线程并不一定可见，最终导致循环无法终止。
（2）正例
private static volatile boolean stopThread;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread th = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
int i = 0;
while (!stopThread) {
i++;
}
}
});
th.start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
stopThread = true;
}
通过使用关键字volatile修饰共享变量stopThread，根据volatile的可见性原则可以保证主线程main函数修改了共享变量stopThread状态后对线程th来说是立即可见的，所以在两秒内线程th将停止循环。
什么是指令重排？
什么是指令重排序？
有两个层面：
**在虚拟机层面，**为了尽可能减少内存操作速度远慢于CPU运行速度所带来的CPU空置的影响，虚拟机会按照自己的一些规则(这规则后面再叙述)将程序编写顺序打乱——即写在后面的代码在时间顺序上可能会先执行，而写在前面的代码会后执行——以尽可能充分地利用CPU。拿上面的例子来说：假如不是a=1的操作，而是a=new byte1024*1024，那么它会运行地很慢，此时CPU是等待其执行结束呢，还是先执行下面那句flag=true呢？显然，先执行flag=true可以提前使用CPU，加快整体效率，当然这样的前提是不会产生错误(什么样的错误后面再说)。虽然这里有两种情况：后面的代码先于前面的代码开始执行；前面的代码先开始执行，但当效率较慢的时候，后面的代码开始执行并先于前面的代码执行结束。不管谁先开始，总之后面的代码在一些情况下存在先结束的可能。
**在硬件层面，**CPU会将接收到的一批指令按照其规则重排序，同样是基于CPU速度比缓存速度快的原因，和上一点的目的类似，只是硬件处理的话，每次只能在接收到的有限指令范围内重排序，而虚拟机可以在更大层面、更多指令范围内重排序。硬件的重排序机制参见《从JVM并发看CPU内存指令重排序(Memory Reordering)》
Java提供了两个关键字volatile和synchronized来保证多线程之间操作的有序性,volatile关键字本身通过加入内存屏障来禁止指令的重排序，而synchronized关键字通过一个变量在同一时间只允许有一个线程对其进行加锁的规则来实现。
在单线程程序中，不会发生“指令重排”和“工作内存和主内存同步延迟”现象，只在多线程程序中出现。
1）编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。
2）指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术（Instruction-LevelParallelism，ILP）来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
3）内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行
java指令重排序,happens-before的问题
重排序有一条原则，就是单线程运行这段代码不能影响得到的结果（这段代码虽然另起一个线程，但本身是由一个线程“引发”的）所以顺序没变，这也是很多人试的结果——没变。但提到重排序理论上又觉得可能变，所以以上解释算是我个人理解吧。重排序旨在尽可能的利用流水思想，复用寄存器减少读写，但最根本的还是要保障正确性，否则效率高没一点意义。编译器的行为应该还是慎重的（这里的例子应该也是编译时重排序）
关于java指令重排序原理和指令重排序种类的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。