Wie sorgt die „Happens-before-Konsistenz' für Ordnung in Multithread-Umgebungen?

Verstehen der „Happens-before-Konsistenz“

In Kapitel 17 der Java Language Specification (JLS) wird das Konzept der „Happens-before-Konsistenz“ eingeführt . Einfach ausgedrückt ist eine Reihe von Aktionen A „passiert vor“ konsistent, wenn keine Leseaktion in A eine Schreibaktion sieht, die danach erfolgt, oder wenn es eine andere Schreibaktion in A gibt, die mit der Leseaktion in Konflikt steht.

Verstehen der Definition

Die Definition von „Passiert-bevor-Konsistenz“ kann wie folgt interpretiert werden: Es ist nicht möglich, dass entweder (a) eine Leseaktion eine Schreibaktion sieht, die danach erfolgt, oder (b) Es gibt eine andere Schreibaktion im selben Thread, die in dieselbe Variable wie die Leseaktion schreibt, und die Schreibaktion findet vor der Leseaktion statt.

Ein Beispiel für die Konsistenz „passiert vor“ ist in dargestellt zweite Ausführungsreihenfolge, die Sie angegeben haben:

r2 = A;  // sees write of A = 2
r1 = B;  // sees write of B = 1
B = 1;
A = 2;

In diesem Fall sieht r2 den Schreibvorgang nach A, der zuvor ausgeführt wurde, und r1 sieht den Schreibvorgang nach B. Daher ist diese Ausführungsreihenfolge „passiert vorher“ konsistent.

Auswirkungen auf reale Anwendungen

In Multithread-Umgebungen stellt die „Passe-before-Konsistenz“ sicher, dass Threads von anderen Threads ausgeführte Schreibvorgänge in der richtigen Reihenfolge sehen. Es kann jedoch Situationen geben, in denen Lesevorgänge mit später erfolgenden Schreibvorgängen konfrontiert werden, was als Neuordnung bezeichnet wird. Dies kann aufgrund von Speicheroptimierungen oder Hardware-Caches passieren, die Daten vorübergehend in privaten Registern speichern können.

Ein Beispiel für eine Neuordnung ist, wenn ein Thread in eine Variable geschrieben hat, der neue Wert jedoch für andere Threads nicht sichtbar ist, weil es wird weiterhin in einem privaten Register gespeichert. Dies kann zu unerwartetem Verhalten und Rennbedingungen führen, wenn die betroffene Variable von Threads gemeinsam genutzt wird.

Um eine Neuordnung zu verhindern, können flüchtige Felder verwendet werden. Flüchtige Felder stellen sicher, dass Lese- und Schreibvorgänge in einer konsistenten Reihenfolge ausgeführt werden und dass alle Threads denselben Wert sehen. Dies wird dadurch erreicht, dass Lese- und Schreibvorgänge erzwungen werden, auf den gemeinsamen Speicher und nicht auf private Register zuzugreifen.

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