【Java】指令重排序、内存屏障很难？看完这篇你就懂了！

Z时代
2024-01-10
分类：技术分享

面试官在问到多线程编程的时候，指令重排序、内存屏障经常会被提起。如果你对这两者有一定的理解，那这就是你的加分项。

（一）什么是指令重排序

为了使处理器内部的运算单元能尽量被充分利用，处理器可能会对输入的代码进行乱序执行优化，处理器会在计算之后将乱序执行的结果重组，并确保这一结果和顺序执行结果是一致的，但是这个过程并不保证各个语句计算的先后顺序和输入代码中的顺序一致。这就是指令重排序。

简单来说，就是指你在程序中写的代码，在执行时并不一定按照写的顺序。

在Java中，JVM能够根据处理器特性（CPU多级缓存系统、多核处理器等）适当对机器指令进行重排序，最大限度发挥机器性能。

Java中的指令重排序有两次，第一次发生在将字节码编译成机器码的阶段，第二次发生在CPU执行的时候，也会适当对指令进行重排。

（二）复现指令重排序

光靠说不容易看出现象，下面来看一段代码，这段代码网上出现好多次了，但确实很能复现出指令重排序。我把解释放在代码后面。

public class VolatileReOrderSample {
//定义四个静态变量
private static int x=0,y=0;
private static int a=0,b=0;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
int i=0;
while (true){
i++;
x=0;y=0;a=0;b=0;
//开两个线程，第一个线程执行a=1;x=b;第二个线程执行b=1;y=a
Thread thread1=new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
//线程1会比线程2先执行，因此用nanoTime让线程1等待线程2 0.01毫秒
shortWait(10000);
a=1;
x=b;
}
});
Thread thread2=new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
b=1;
y=a;
}
});
thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
//等两个线程都执行完毕后拼接结果
String result="第"+i+"次执行x="+x+"y="+y;
//如果x=0且y=0，则跳出循环
if (x==0&&y==0){
System.out.println(result);
break;
}else{
System.out.println(result);
}
}
}
//等待interval纳秒
private static void shortWait(long interval) {
long start=System.nanoTime();
long end;
do {
end=System.nanoTime();
}while (start+interval>=end);
}}