内存屏障

来源:互联网 发布:手机淘宝彩票 编辑:程序博客网 时间:2024/04/28 06:04

内存屏障,又称内存栅栏,是一组处理器指令,用于实现对内存操作的顺序限制。本文介绍了内存屏障对多线程程序的影响。我们将研究内存屏障与JVM并发机制 的关系,如易变量(volatile)、同步(synchronized)和原子条件式(atomic conditional)。本文假定读者已经充分掌握了相关概念和Java内存模型,不讨论并发互斥、并行机制和原子性。内存屏障用来实现并发编程中称为 可见性(visibility)的同样重要的作用。

 

 

内存屏障为何重要?

对主存的一次访问一般花费硬件的数百次时钟周期。处理器通过缓存(caching)能够从数量级上降低内存延迟的成本这些缓存为了性能重新排列待定内存操 作的顺序。也就是说,程序的读写操作不一定会按照它要求处理器的顺序执行。当数据是不可变的,同时/或者数据限制在线程范围内,这些优化是无害的。如果把 这些优化与对称多处理(symmetric multi-processing)和共享可变状态(shared mutable state)结合,那么就是一场噩梦。当基于共享可变状态的内存操作被重新排序时,程序可能行为不定。一个线程写入的数据可能被其他线程可见,原因是数据 写入的顺序不一致。适当的放置内存屏障通过强制处理器顺序执行待定的内存操作来避免这个问题。

 

内存屏障的协调作用

内存屏障不直接由JVM暴露,相反它们被JVM插入到指令序列中以维持语言层并发原语的语义。

 

内存屏障是特定于硬件的

本文不想针对所有内存屏障做一综述。这将是一件不朽的功绩。但是,重要的是认识到这些指令在不同的硬件体系中迥异

 

x86和SPARC的指令流与Itanium的指令流存在一个重要区别。JVM在x86和SPARC上通过内存屏障跟踪连续写操作,但是在两次写操作之间 没有放置内存屏障。另一方面,Itanium的指令流在两次写操作之间存在内存屏障。为何JVM在不同的硬件架构之间表现不一?因为硬件架构都有自己的内 存模型,每一个内存模型有一套一致性保障。某些内存模型,如x86和SPARC等,拥有强大的一致性保障。另一些内存模型,如Itanium、 PowerPC和Alpha,是一种弱保障。例如,x86和SPARC不会重新排序连续写操作——也就没有必要放置内存屏障。Itanium、 PowerPC和Alpha将重新排序连续写操作——因此JVM必须在两者之间放置内存屏障。JVM使用内存屏障减少Java内存模型和硬件内存模型之间 的距离。

 

内存屏障能够避免

JVM非常擅于消除不必要的内存屏障。通常JVM很幸运,因为硬件内存模型的一致性保障强于或者等于Java内存模型。在这种情况下,JVM只是简单地插 入一个no op语句,而不是真实的内存屏障。

 

动态编译

静态编译器在构建阶段决定的一切事情,在动态编译器那里都可以在运行时决定,甚至更多。更多信息意味着存在更多机会可以优化。

 

 

 

内存屏障是多线程编程的必要装备。它们形式多样,某些是显式的,某些是隐式的。某些是双向的,某些是单向的。JVM利用这些形式在所有平台中有效地支持 Java内存模型。我希望本文能够帮助经验丰富的JVM开发人员了解一些代码在底层如何运行的知识。

 

 

以上信息转载于:http://www.infoq.com/cn/articles/memory_barriers_jvm_concurrency

 

可见多处理器和多线程之间的协调因素以及运行,已经不仅仅是隐式的。这样一篇文章可以让人更清晰的了解jvm对于代码编译后所带来的优化,这样的分析内存边界对于在做开发的时候,会提升个人的维度和深度思考。