初識指令重排序,Java 中的鎖
本文是作者原創,版權歸作者所有.若要轉載,請註明出處.本文只貼我覺得比較重要的原始碼
指令重排序
Java語言規範JVM執行緒內部維持順序化語義，即只要程式的最終結果與它順序化情況的結果相等，那麼指令的執行順序可以與程式碼邏輯順序不一致，這個過程就叫做指令的重排序。 指令重排序的意義：使指令更加符合CPU的執行特性，最大限度的發揮機器的效能，提高程式的執行效率。 看個demopublic static void main(String[] args) throws InterruptedException {
int j=0;
int k=0;
j++;
System.out.println(k);
System.out.println(j);
}上面這段程式碼可能會被重排序:如下
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
int k=0;
System.out.println(k);
int j=0;
j++;
System.out.println(j);
}
此時指令的執行順序可以與程式碼邏輯順序不一致,但不影響程式的最終結果.
再看個demo
public class ThreadExample2 {
static int i;
public static boolean runing = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
traditional();
Thread.sleep(100);
runing = false;
}
public static void traditional() {
Thread thread = new Thread() {
@Override
public void run() {
while (runing){
i++;//沒有方法,JVM會做指令重排序,激進優化
}
}
};
thread.start();
}
}執行下main方法
可以看出該程式一直在跑,不會停止.
此時jvm發現traditional方法內沒有其他方法,JVM會做指令重排序,採取激進優化策略,對我們的程式碼進行了重排序
如下:
static int i;
public static boolean runing = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
traditional();
Thread.sleep(100);
runing = false;
}
public static void traditional() {
Thread thread = new Thread() {
boolean temp=runing;//注意這裡,此時while的條件永遠為true
@Override
public void run() {
while (temp){
i++;//沒有方法,JVM會做指令重排序,激進優化
}
}
};
thread.start();
}因此程式不會停止.
我們稍微改動下程式碼,在while 迴圈里加個方法
static int i;
public static boolean runing = true;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
traditional();
Thread.sleep(100);
runing = false;
}
public static void traditional() {
boolean temp=runing;
Thread thread = new Thread() {
@Override
public void run() {
while (runing){//
i++;//沒有方法,JVM會做指令重排序,激進優化
//有方法,JVM認為可能存在方法溢位,不做指令重排序,保守優化策略
aa();
}
}
};
thread.start();
}
public static void aa(){
System.out.println("hello");
}
看下結果
可以看出,程式自行停止了,因為有方法,JVM認為可能存在方法溢位,不做指令重排序,採取保守優化策略
runing = false;
全域性變數runing 改動值以後,被thread執行緒識別,while 迴圈裡值變為false,就自動停止了.
ok,繼續,我們把main方法中的sleep()註釋掉,如下
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
traditional();
//Thread.sleep(100);
runing = false;//會優先執行主執行緒的程式碼
}
public static void traditional() {
boolean temp=runing;
Thread thread = new Thread() {
@Override
public void run() {
while (runing){//
i++;
}
}
};
thread.start();
}
看下結果:
此時,程式停止了,這是為什麼呢:
可能是因為thread 執行緒和main執行緒競爭cpu資源的時候,會優先分配給main執行緒(我不確定,讀者們可以自己思考一下)
Java 中的鎖
synchronized關鍵字
在1.6版本之前,synchronized都是重量級鎖
1.6之後,synchronized被優化,因為互斥鎖比較笨重,如果執行緒沒有互斥,那就不需要互斥鎖
重量級鎖
1.當一個執行緒要訪問一個共享變數時，先用鎖把變數鎖住，然後再操作，操作完了之後再釋放掉鎖，完成
2.當另一個執行緒也要訪問這個變數時，發現這個變數被鎖住了，無法訪問，它就會一直等待，直到鎖沒了，它再給這個變數上個鎖，然後使用，使用完了釋放鎖，以此進行
3.我們可以這麼理解:重量級鎖是呼叫作業系統的函式來實現的鎖--mutex--互斥鎖
以linux為例:
1.互斥變數使用特定的資料型別：pthread_mutex_t結構體,可以認為這是一個函式 2.可以用pthread_mutex_init進行函式動態的建立 : int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t * attr) 3.對鎖的操作主要包括加鎖 pthread_mutex_lock()、解鎖pthread_mutex_unlock()和測試加鎖 pthread_mutex_trylock()三個
3.1 int pthread_mutex_tlock(pthread_mutex_t *mutex) 在暫存器中對變數操作（加/減1） 3.2 int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex) 釋放鎖,狀態恢復 3.3 int pthread_mutex_trylock(pthread_mutex_t *mutex) pthread_mutex_trylock()語義與pthread_mutex_lock()類似，不同的是在鎖已經被佔據時返回EBUSY而不是掛起等待
函式pthread_mutex_trylock會嘗試對互斥量加鎖，如果該互斥量已經被鎖住，函式呼叫失敗，返回EBUSY，否則加鎖成功返回0，執行緒不會被阻塞
偏向鎖
偏向鎖是synchronized鎖的物件沒有資源競爭的情況下存在的,不會一直呼叫作業系統函式實現(第一次會呼叫),而重量級鎖每次都會呼叫
看個demo
public class SyncDemo2 {
Object o= new Object();
public static void main(String[] args) {
System.out.println("pppppppppppppppppppppp");
SyncDemo2 syncDemo = new SyncDemo2();
syncDemo.start();
}
public void start() {
Thread thread = new Thread() {
public void run() {
while (true) {
try {
Thread.sleep(500);
sync();
} catch (InterruptedException e) {
}
}
}
};
Thread thread2 = new Thread() {
@Override
public void run() {
while (true) {
try {
Thread.sleep(500);
sync();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
};
thread.setName("t1");
thread2.setName("t2");
//兩個執行緒競爭時,synchronized是重量級鎖,一個執行緒時,synchronized是偏向鎖
thread.start();
thread2.start();
}
//在1.6版本之前,synchronized都是重量級鎖
//1.6之後,synchronized被優化,因為互斥鎖比較笨重,如果執行緒沒有互斥,那就不需要互斥鎖
public void sync() {
synchronized (o) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName());
}
}
}
程式碼很簡單,就是啟動兩個執行緒,並且呼叫同一個同步方法,看下結果
可以看到,兩個執行緒都執行了該同步方法,此時兩個執行緒競爭,synchronized是重量級鎖
我們把一個執行緒註釋掉
//兩個執行緒競爭時,synchronized是重量級鎖,一個執行緒時,synchronized是偏向鎖
thread.start();
//thread2.start();
看下結果:
此時synchronized是偏向鎖
那麼怎麼證明呢:我目前沒那個實力,給個思路.
1.需要編譯並修改linux原始碼函式pthread_mutex_lock(),在函式中列印當前執行緒的pid
2.在同步方法中列印語句"current id"+當前pid(需要自己寫c語言實現),java的Thread.currentThread().getId()不能獲取作業系統級別的pid
3.兩個執行緒競爭時,執行一次
說明是重量級鎖,因為每次都呼叫作業系統的函式pthread_mutex_lock()來實現
4.註釋掉一個執行緒,再執行一次
說明是偏向鎖,因為第一次會呼叫pthread_mutex_lock(),後面就不呼叫系統函數了.