java - weakCompareAndSwap vs compareAndSwap

这个问题不是关于它们之间的区别-我知道什么是虚假故障，以及为什么它会在LL/SC上发生。我的问题是，如果我在Intel x86上并使用java-9(内部版本149)，为什么它们的汇编代码之间有区别？

public class WeakVsNonWeak {

    static jdk.internal.misc.Unsafe UNSAFE = jdk.internal.misc.Unsafe.getUnsafe();

    public static void main(String[] args) throws NoSuchFieldException, SecurityException {

        Holder h = new Holder();
        h.setValue(33);
        Class<?> holderClass = Holder.class;
        long valueOffset = UNSAFE.objectFieldOffset(holderClass.getDeclaredField("value"));

        int result = 0;
        for (int i = 0; i < 30_000; ++i) {
            result = strong(h, valueOffset);
        }
        System.out.println(result);

    }

    private static int strong(Holder h, long offset) {
        int sum = 0;
        for (int i = 33; i < 11_000; ++i) {
            boolean result = UNSAFE.weakCompareAndSwapInt(h, offset, i, i + 1);
            if (!result) {
                sum++;
            }
        }
        return sum;

    }

    public static class Holder {

        private int value;

        public int getValue() {
            return value;
        }

        public void setValue(int value) {
            this.value = value;
        }
    }
}

运行:

 java -XX:-TieredCompilation
      -XX:CICompilerCount=1
      -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions
      -XX:+PrintIntrinsics
      -XX:+PrintAssembly
      --add-opens java.base/jdk.internal.misc=ALL-UNNAMED
      WeakVsNonWeak

compareAndSwapInt 的输出(相关部分):

     0x0000000109f0f4b8: movabs $0x111927c18,%rsi  ;   {metadata({method} {0x0000000111927c18} 'compareAndSwapInt' '(Ljava/lang/Object;JII)Z' in 'jdk/internal/misc/Unsafe')}
  0x0000000109f0f4c2: mov    %r15,%rdi
  0x0000000109f0f4c5: test   $0xf,%esp
  0x0000000109f0f4cb: je     0x0000000109f0f4e3
  0x0000000109f0f4d1: sub    $0x8,%rsp
  0x0000000109f0f4d5: callq  0x00000001098569d2  ;   {runtime_call SharedRuntime::dtrace_method_entry(JavaThread*, Method*)}
  0x0000000109f0f4da: add    $0x8,%rsp
  0x0000000109f0f4de: jmpq   0x0000000109f0f4e8
  0x0000000109f0f4e3: callq  0x00000001098569d2  ;   {runtime_call SharedRuntime::dtrace_method_entry(JavaThread*, Method*)}
  0x0000000109f0f4e8: pop    %r9
  0x0000000109f0f4ea: pop    %r8
  0x0000000109f0f4ec: pop    %rcx
  0x0000000109f0f4ed: pop    %rdx
  0x0000000109f0f4ee: pop    %rsi
  0x0000000109f0f4ef: lea    0x210(%r15),%rdi
  0x0000000109f0f4f6: movl   $0x4,0x288(%r15)
  0x0000000109f0f501: callq  0x00000001098fee40  ;   {runtime_call Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv_*, _jobject*, _jobject*, long, int, int)}
  0x0000000109f0f506: vzeroupper
  0x0000000109f0f509: and    $0xff,%eax
  0x0000000109f0f50f: setne  %al
  0x0000000109f0f512: movl   $0x5,0x288(%r15)
  0x0000000109f0f51d: lock addl $0x0,-0x40(%rsp)
  0x0000000109f0f523: cmpl   $0x0,-0x3f04dd(%rip)        # 0x0000000109b1f050

weakCompareAndSwapInt 的输出:

  0x000000010b698840: sub    $0x18,%rsp
  0x0000010b698847: mov    %rbp,0x10(%rsp)
  0x000000010b69884c: mov    %r8d,%eax
  0x000000010b69884f: lock cmpxchg %r9d,(%rdx,%rcx,1)
  0x000000010b698855: sete   %r11b
  0x000000010b698859: movzbl %r11b,%r11d        ;*invokevirtual compareAndSwapInt {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
                                                ; - jdk.internal.misc.Unsafe::weakCompareAndSwapInt@7 (line 1369)

到目前为止，我还没有足够的功能来理解整个输出，但是可以肯定地看到锁addl和锁cmpxchg 之间的区别。

编辑
彼得的回答让我开始思考。让我们看看compareAndSwap是否将是一个内部调用:

 @ 7   jdk.internal.misc.Unsafe::compareAndSwapInt (0 bytes)   (intrinsic)
 @ 20      jdk.internal.misc.Unsafe::weakCompareAndSwapInt (11 bytes)   (intrinsic).

然后使用/不使用两次运行示例:



这有点奇怪，输出完全相同(相同的完全相同的指令)，唯一的区别在于启用内在函数后，我会得到如下调用:

  0x000000010c23e355: callq  0x00000001016569d2  ;   {runtime_call SharedRuntime::dtrace_method_entry(JavaThread*, Method*)}
  0x000000010c23e381: callq  0x00000001016fee40  ;   {runtime_call Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv_*, _jobject*, _jobject*, long, int, int)}

和残疾人:

  0x00000001109322d5: callq  0x0000000105c569d2  ;   {runtime_call _ZN13SharedRuntime19dtrace_method_entryEP10JavaThreadP6Method}
    0x00000001109322e3: callq  0x0000000105c569d2  ;   {runtime_call _ZN13SharedRuntime19dtrace_method_entryEP10JavaThreadP6Method}

这很有趣，内在代码不应该有所不同吗？

EDIT-2 the8472也很有意义。

lock addl 是 mfence 的替代品，据我所知，它会刷新x86上的StoreBuffer，这与可见性有关，而与原子性无关。在此条目之前的是:

 0x00000001133db6f6: movl   $0x4,0x288(%r15)
 0x00000001133db701: callq  0x00000001060fee40  ;   {runtime_call Unsafe_CompareAndSwapInt(JNIEnv_*, _jobject*, _jobject*, long, int, int)}
 0x00000001133db706: vzeroupper
 0x00000001133db709: and    $0xff,%eax
 0x00000001133db70f: setne  %al
 0x00000001133db712: movl   $0x5,0x288(%r15)
 0x00000001133db71d: lock addl $0x0,-0x40(%rsp)
 0x00000001133db723: cmpl   $0x0,-0xd0bc6dd(%rip)        #     0x000000010631f050
                                            ;   {external_word}

如果看起来here是将委托(delegate)给另一个似乎在自动进行交换的 native call to Atomic:: cmpxchg。

为什么这不能代替直接锁cmpxchg 对我来说还是一个谜。

最佳答案

TL; DR 您正在寻找汇编输出中错误的位置。
compareAndSwapInt和weakCompareAndSwapInt 调用都被编译为，与x86-64上的 ASM序列完全相同。但是，方法本身对的编译方式与不同(但通常并不重要)。

source code中的compareAndSwapInt和weakCompareAndSwapInt的定义不同。前者是 native 方法，而后者是Java方法。

@HotSpotIntrinsicCandidate
public final native boolean compareAndSwapInt(Object o, long offset,
                                              int expected,
                                              int x);

@HotSpotIntrinsicCandidate
public final boolean weakCompareAndSwapInt(Object o, long offset,
                                                  int expected,
                                                  int x) {
    return compareAndSwapInt(o, offset, expected, x);
}

您所看到的是如何编译这些独立方法。 native 方法编译为调用相应C函数的 stub 。但这不是快速路径上运行的东西。

内在方法是用特定于HotSpot的内联实现替换调用的方法。 注意:替换的调用，但不替换方法本身。

如果查看WeakVsNonWeak.strong方法的程序集输出，您会发现它包含lock cmpxchg指令，无论它调用了UNSAFE.compareAndSwapInt还是UNSAFE.weakCompareAndSwapInt。

0x000001bd76170c44: lock cmpxchg %ecx,(%r11)
0x000001bd76170c49: sete   %r10b
0x000001bd76170c4d: movzbl %r10b,%r10d        ;*invokevirtual compareAndSwapInt
                                              ; - WeakVsNonWeak::strong@25 (line 23)
                                              ; - WeakVsNonWeak::main@46 (line 14)

0x0000024f56af1097: lock cmpxchg %r11d,(%r8)
0x0000024f56af109c: sete   %r10b
0x0000024f56af10a0: movzbl %r10b,%r10d        ;*invokevirtual weakCompareAndSwapInt
                                              ; - WeakVsNonWeak::strong@25 (line 23)
                                              ; - WeakVsNonWeak::main@46 (line 14)

一旦将main方法编译为JIT，就不会直接调用Unsafe。*方法的独立版本。