面试题: Synchronized 能不能禁止指令重排序?

在 Java 中,Synchronized 关键字主要用于确保线程安全,它通过提供可见性和原子性来保证共享资源的正确访问。

关于 Synchronized 是否能禁止指令重排序,我们需要从 Java 内存模型(JMM, Java Memory Model)的角度来理解。

可见性与有序性

  • 可见性:当一个线程对同步块或方法中的共享变量进行了修改后,这些修改会立即对其他进入相同监视器锁(monitor lock)的线程可见。
    这意味着一旦某个线程退出了同步块,所有后续获取该锁的线程都能看到之前线程所做的所有变化。
  • 有序性:虽然 synchronized 主要目的是提供可见性和原子性保证,但它也间接地影响到了程序执行顺序,即所谓的“有序性”。
    具体来说,synchronized 保证了在同一监控器上的同步代码块不会被交错执行,并且遵循一种称为“happens-before”的原则,确保了一个线程在释放锁之前的所有动作对于另一个获得同一锁的线程来说都是可见的。

指令重排序的影响

然而,需要注意的是,synchronized 并不是直接用来禁止指令重排序的工具。

Java 内存模型允许编译器和处理器对指令进行重排序以优化性能,但这种重排序必须遵守一定的规则,确保单线程环境下的程序行为不变,并且在多线程环境下通过合适的同步手段维持正确的内存可见性。

为了防止特定类型的指令重排序问题,Java 提供了 volatile 关键字以及更高层次的同步机制如 LockAtomic 类等。其中:

  • volatile:明确禁止了对变量的写操作与其之后的读写操作之间的重排序,并确保每次读取都会得到最新的值。
  • synchronized:通过建立“happens-before”关系间接限制了某些类型的重排序。
    例如,在 synchronized 块开始时,会刷新工作内存中的共享变量值;而在结束时,则会将本地内存中的更新刷回到主内存中,这实际上限制了一些可能引起数据不一致的重排序行为。

因此,尽管 synchronized 不是专门用于控制指令重排序的关键字,但它确实能够在一定程度上防止那些可能导致并发问题的重排序发生,这是因为它的存在确保了跨线程的可见性和必要的执行顺序。

如果你需要更精确地控制指令顺序,应该考虑使用 volatile 或者其他高级同步原语。

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