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Java 기반 기술의 메모리 모델 및 명령어 재정렬 구현 방법

王林

풀어 주다： 2023-11-08 12:25:01

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Java 기반 기술의 메모리 모델 및 명령어 재정렬 구현 방법

Java 기본 기술에서 메모리 모델 및 명령어 재정렬을 구현하는 방법

개요:
Java 기본 기술에서 메모리 모델과 명령어 재정렬은 두 가지 중요한 개념입니다. 메모리 모델은 공유 변수에 액세스하는 방법을 제어하는 반면 명령어 재정렬은 프로그램에서 명령어가 실행되는 순서에 영향을 줍니다. 이 기사에서는 Java 메모리 모델 및 명령어 재정렬의 기본 원칙을 소개하고 특정 코드 예제를 제공합니다.

메모리 모델:
JMM(Java 메모리 모델)은 여러 스레드가 공유 데이터에 동시에 액세스할 때의 동작 규칙을 정의합니다. 메모리 모델을 사용하면 여러 스레드에서 데이터 가시성, 원자성 및 순서를 보장할 수 있습니다.

Java 메모리 모델의 주요 개념은 다음과 같습니다.

메인 메모리: 모든 스레드가 공유하는 메모리 영역으로, 공유 변수의 값을 저장합니다.
작업 메모리: 공유 변수의 복사본을 저장하는 각 스레드 전용 메모리 영역입니다.

Java 메모리 모델의 규칙은 다음과 같습니다.

스레드에 의한 공유 변수에 대한 모든 작업은 주 메모리에서 직접 수행되지 않고 작업 메모리에서 수행되어야 합니다.
스레드는 서로의 작업 메모리에 직접 접근할 수 없으며, 스레드 간의 통신은 메인 메모리를 통해 완료되어야 합니다.

코드 예:

public class MemoryModelDemo {
    private static volatile boolean flag = false;

    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            while (!flag) {
                // do something
            }
            System.out.println("Thread 1: flag is true");
        }).start();

        new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            flag = true;
            System.out.println("Thread 2: flag is changed to true");
        }).start();
    }
}

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위 예에서는 휘발성 수정자로 수정된 공유 변수 flag를 통해 스레드 간 통신을 구현합니다. 그 중 첫 번째 스레드는 flag가 true인지 지속적으로 확인하고, true이면 해당 정보를 출력하고, 두 번째 스레드는 해당 정보를 출력합니다. 1초가 지나면 대기한 후 flag를 true로 설정하세요. 휘발성 키워드를 사용하여 플래그의 가시성을 보장합니다. 즉, 스레드 1은 시간에 맞춰 스레드 2의 플래그 수정을 볼 수 있습니다. . volatile修饰符修饰的共享变量flag来实现线程之间的通信。其中，第一个线程不断检查flag是否为true，如果为true则输出相应信息；而第二个线程经过1秒的等待后将flag设置为true。通过使用volatile关键字，我们保证了flag的可见性，即线程1能够及时看到线程2对flag的修改。

指令重排序：
指令重排序是编译器或处理器为了提高程序性能而对指令序列重新排序的一种优化技术。在单线程环境下，指令重排序不会影响程序的运行结果。然而，在多线程环境下，由于指令重排序可能导致指令的执行顺序发生变化，从而影响到程序的正确性。

Java中的指令重排序主要分为以下三种类型：

编译器重排序：由编译器在编译阶段对指令进行重新排序。
处理器重排序：由处理器在执行阶段对指令进行重新排序。
内存重排序：由内存系统对读/写操作进行重新排序。

为了避免指令重排序带来的问题，Java提供了一些关键字来禁止或限制指令重排序：

volatile：修饰的共享变量禁止重排序，保证变量的读写操作具有顺序性。
synchronized：对于加锁的代码块，保证其内部的指令不会和锁代码之外的指令重排序。
final：修饰的变量一旦初始化完成，不允许再次修改。

代码示例：

public class ReorderingDemo {
    private static int x = 0;
    private static int y = 0;
    private static volatile boolean flag = false;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        new Thread(() -> {
            x = 1;
            flag = true;
        }).start();

        new Thread(() -> {
            if (flag) {
                y = x;
            }
            System.out.println("y = " + y);
        }).start();
    }
}

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在上述示例中，我们通过volatile关键字来禁止对flag的重排序。在主线程中，我们启动了两个子线程，其中第一个子线程将x设置为1并将flag设置为true。而第二个子线程中检查flag，如果为true则将y赋值为x的值。由于使用了volatile关键字，我们保证了所有线程对flag的读写操作具有顺序性，从而避免了指令重排序带来的问题。