記憶體重新排序對處理器和編譯器有什麼好處？

記憶體重新排序及其對處理器和編譯器的好處

在Java 等程式語言中，記憶體操作發生的順序沒有明確定義，並且可能會根據使用的處理器和編譯器。這種可變性（稱為記憶體重新排序）可能會導致程式行為變得複雜，尤其是在處理多執行緒應用程式時。然而，記憶體重新排序也為處理器和編譯器帶來了顯著的效能優勢。

記憶體重新排序如何幫助處理器

記憶體重新排序允許處理器透過重新排程載入和儲存操作來最佳化指令的執行。這對於無序執行處理器特別有利，它可以透過以不同於原始順序的順序執行指令來提高效能。

透過允許 StoreLoad 重新排序，處理器可以隱藏快取未命中的延遲。當儲存指令提交到高速緩存時，它對其他核心全域可見。但是，如果後續載入指令需要存取相同的數據，則必須等待儲存完成。透過在儲存之前重新排序載入指令，處理器可以繼續推測執行。如果儲存指令不會導致快取未命中，則載入指令無需等待即可完成。

記憶體重新排序如何幫助編譯器

記憶體重新排序還可以讓編譯器更積極地最佳化程式碼，從而使編譯器受益。由於操作順序沒有嚴格執行，編譯器可以重新排序程式碼以利用並行化和其他最佳化的機會。例如，編譯器可以對操作重新排序，以減少快取未命中的次數，或將類似的操作組合在一起以獲得更好的效能。

弱記憶體排序和編譯器最佳化

Java 的記憶體模型有意允許弱記憶體排序記憶體排序。這意味著不提供強記憶體排序保證的硬體架構（例如ARM和PowerPC）可以用來實作Java虛擬機器（JVM）。弱記憶體排序允許編譯器透過刪除不必要的記憶體障礙來更積極地優化程式碼。如果沒有弱記憶體排序，JVM 在每次儲存之後和每次載入之前都需要記憶體屏障，這將顯著影響效能。

記憶體重新排序的其他好處

除了允許亂序執行之外和編譯器最佳化一樣，記憶體重新排序還可以帶來其他效能優勢，例如：

• 負載推測：處理器可以在其依賴項之前推測執行負載，使它們能夠隱藏快取未命中的延遲。
• 儲存緩衝：處理器使用儲存緩衝區將儲存指令與快取提交分開。這允許儲存以推測方式執行，從而提高對相同快取行執行多次寫入的應用程式的效能。
• 降低同步成本：透過允許記憶體重新排序，編譯器可以避免在程式碼中使用同步原語這不需要嚴格的排序。這可以減少開銷並提高效能。

結論

記憶體重新排序是用來提升處理器和編譯器效能的基本技術。雖然它可能會帶來程式行為的複雜性，但它還可以透過允許無序執行、推測載入和編譯器最佳化來提供顯著的效能優勢。了解記憶體重新排序的機制和好處對於優化並行和多執行緒應用程式的效能至關重要。

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