JMM in Android

Максим ЕфимовAndroid team leader, Google developer expert

0

О чем будем говорить?

• Зачем понадобилась JMM

• Happens-before

• ARM vs x86

1

Естественный порядок

2

int a, b; void foo() { int l1 = a; int l2 = l1 + 10; int l3 = b; int l4 = l2 % 3; }

3

Reordering

int a, b; void foo() { int l1 = a; int l3 = b; int l2 = l1 + 10; int l4 = l2 % 3; }

int a, b; void foo() { int l1 = a; int l2 = l1 + 10; int l3 = b; int l4 = l2 % 3; }

4

Reordering – ограничения

int a, b; void foo() { int l2 = l1 + 10; int l1 = a; int l3 = b; int l4 = l2 % 3; }

int a, b; void foo() { int l1 = a; int l2 = l1 + 10; int l3 = b; int l4 = l2 % 3; }

Reordering не меняет семантику кода водном потоке

Нотация записи

5

A==B==0

r1=AB=1

r2=BA=1

общее для обоих потоков

происходит в первом потоке происходит во втором потоке

r1=? r2=?

Reordering в многопоточности

6

A==B==0

r1=Ar2=B

B=1 A=1

Ожидаем (r1, r2) (0, 0),(1, 1),(0, 1)

A==B==0

r1=Ar2=B

A=1 B=1

Получаем (r1, r2) (0, 0),(1, 1),(0, 1),

(1, 0)

Семантика нарушается

Нужно больше порядка

7

Action 1.1

Action 1.2

Sync action 1

Sync action 2

Action 2.1

Action 2.2

Action 2.3Action 1.3

Action 1.4 Action 2.4

Поток 1 Поток 2

Порядок

междупотоками

Синхронизация

8

Monitor.Lock()

Action 1.2

Monitor.Unlock()

Monitor.Lock()

Action 2.1

Action 2.2

Action 2.3Action 1.3

Action 1.4 Monitor.Unlock()

Поток 1 Поток 2

Data race

9

• Один поток читает данные • Второй поток пишет данные • Эти два действия не синхронизированы

Java memory model

10

«A memory model describes, given a program and an execution trace of that program, whether the execution

trace is a legal execution of the program.»JSR 133

JMM философия

11

Порядок выполнения может быть любой, кроме запрещенных порядков

Что есть в JMM?

12

• Sequential consistency • Happens before• Causality

finals, word tearing…

Happens before I

13

Monitor.unlock() Monitor.lock()HB

volatile write volatile readHB

Thread.start() 1st thread actionHB

last thread action Thread.terminate()HB

Thread.interrupt() interrupt detectedHB

default write 1st accessHB

constructor finalizerHB

Happens before II

14

read writeHB

one more write read

HBwrite

HB

read writeМожет видеть

+

=

Happens before III

15

N action in thread N+1 action in threadHB

HB пример

16

Monitor.Lock()

x = 1

Monitor.Unlock() Monitor.Lock()

b = xx = 3

Monitor.Unlock()

Поток 1 Поток 2

HBx = 2

b = ?

a = x a = ?

HB достаточно?

17

A==B==0

r1=A if(r1 != 0) B=1

r2=B if(r2 != 0) A=1

Ожидаем (r1, r2) = ?

HB недостаточно

18

A==B==0

r1=A if(r1 != 0) B=1

r2=B if(r2 != 0) A=1

(r1, r2) = (0, 1)

r1=A B=1 if(r1 == 0) B=0

Causality

Memory model @ Dalvik

19

DMM

x86 ARM

x86 vs ARM

20

• read\read • store\store • read\store • store\read

• read\read• store\store• read\store • store\read

ARM x86

No barriers I

21

A==B==falseA=truer1=B if(!r1) crit()

B=truer2=A if(!r2) crit()

No barriers II

22

A==B==false

A=truer1=B if(!r1) crit()

B=truer2=A

if(!r2) crit()

r1=B

A=true if(!r1) crit()

x86 vs ARM I

23

A==B==0

A=41B=1

loop_until(B==1)r1=A

x86 vs ARM II

24

A==B==0

B=1

A=41

loop_until(B==1)r1=A

A=41B=1 ARM

ARM address dependency

25

[A+8]==B==0

[A+8]=1 store/store B=16

loop: r0=B if(r0==0) goto loop r1 = 8 r2 = [A + r1]

ARM address dependency

26

[A+8]==B==0

[A+8]=1 store/store B=16

loop: r0=B if(r0==0) goto loop r1 = 8 + r0 r2 = [A + r1]

ARM AD limitation

27

A==B==0A = 1 loop_until(A==1)

B = 16loop: r0=B if(r0==0) goto loop r1 = 8 + r0 r2 = [A + r1]

Links

28

• https://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/jsr133.pdf JSR 133

• http://shipilev.net/blog/2014/jmm-pragmatics/ Очень крутое объяснение JMM

• http://developer.android.com/intl/ru/training/articles/smp.html Гайд по MM в Android

• http://gee.cs.oswego.edu/dl/jmm/cookbook.html JMM для авторов компиляторов

• http://jcip.net/ Отличная книга про JMM

Спасибо за внимание!

me@redmadrobot.com