synchronized关键字如何防止指令重排序？其实现机制是什么？

八股文_JVM面试题 0 28

参考回答：

synchronized 关键字可以通过以下方式防止指令重排序：

内存屏障：synchronized 会在进入同步代码块之前插入内存屏障，确保所有的读写操作在进入同步块之前完成，并且在退出同步块之后，所有操作都被写入主内存。这样能够防止指令重排序，保证操作的顺序性。
锁的获取与释放：当一个线程获取锁时，它会确保所有之前的操作（包括对共享变量的修改）都在进入同步代码块之前完成。退出同步代码块时，所有修改的数据会被刷新到主内存，并且保证后续线程能够看到最新的数据。

详细讲解与拓展：

`synchronized` 如何防止指令重排序：

Java 内存模型（JMM）定义了在同步块内的操作顺序。synchronized 关键字保证了以下两点：
1. 先行发生原则：当一个线程释放锁时，所有对共享变量的修改会被立即刷新到主内存，其他线程在获得锁之前会看到这些更新的数据。
2. 禁止指令重排序：在同步块内，JVM 会禁止指令重排序。同步块内的代码执行顺序会被严格遵循。

例如：

public synchronized void increment() {
    counter++;  // 这个操作不会被重排序
}

在同步方法中，counter++ 操作会被执行并且不会被重排序，因为同步保证了执行顺序的稳定性。所有的内存访问（包括读取和写入 counter）会在同步块内按顺序发生。

锁的获取和释放机制：

获取锁：当一个线程进入同步代码块时，它会获取对应的锁，并且会在获取锁之前完成所有已经排定的操作。进入同步块之前的所有写操作都已经被主内存可见。
释放锁：当线程退出同步块时，它会释放锁并确保将共享数据写入主内存，这样其他线程就能看到最新的值。

通过这种方式，synchronized 确保了操作的顺序性并防止了指令重排序。

内存屏障：

内存屏障（Memory Barrier）是一种硬件级的机制，用于控制指令执行的顺序。synchronized 通过插入内存屏障来确保指令的执行顺序不被重排序。它通常在同步块的入口和出口处插入，这样就能保证：
– 在进入同步块之前，线程必须先完成所有的写操作；
– 在退出同步块之后，所有的修改会被写入主内存。

例子：

考虑以下代码：

public class Example {
    private int counter = 0;

    public synchronized void increment() {
        counter++;  // 操作1
    }

    public synchronized void decrement() {
        counter--;  // 操作2
    }
}

在 increment() 和 decrement() 方法中，synchronized 确保每次只有一个线程能执行，并且保证操作的顺序。即使多线程并发执行时，synchronized 也确保每个操作都按照一定的顺序发生，不会发生指令重排序。

总结：
synchronized 关键字通过使用内存屏障和锁机制，确保了同步块内的操作顺序和数据一致性。它有效地防止了指令重排序，保证了多线程环境下共享数据的正确性。

参考回答：

详细讲解与拓展：

synchronized 如何防止指令重排序：

锁的获取和释放机制：

内存屏障：

例子：

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