内存重新排序对处理器和编译器有什么好处？

内存重新排序及其对处理器和编译器的好处

在 Java 等编程语言中，内存操作发生的顺序没有明确定义，并且可能会根据使用的处理器和编译器。这种可变性（称为内存重新排序）可能会导致程序行为变得复杂，尤其是在处理多线程应用程序时。然而，内存重新排序也为处理器和编译器带来了显着的性能优势。

内存重新排序如何帮助处理器

内存重新排序允许处理器通过重新安排加载和存储操作来优化指令的执行。这对于无序执行处理器特别有利，它可以通过以不同于原始顺序的顺序执行指令来提高性能。

通过允许 StoreLoad 重新排序，处理器可以隐藏缓存未命中的延迟。当存储指令提交到高速缓存时，它对其他内核全局可见。但是，如果后续加载指令需要访问相同的数据，则必须等待存储完成。通过在存储之前重新排序加载指令，处理器可以继续推测执行。如果存储指令不会导致缓存未命中，则加载指令无需等待即可完成。

内存重新排序如何帮助编译器

内存重新排序还可以让编译器更积极地优化代码，从而使编译器受益。由于操作顺序没有严格执行，编译器可以重新排序代码以利用并行化和其他优化的机会。例如，编译器可以对操作重新排序，以减少缓存未命中的次数，或者将类似的操作组合在一起以获得更好的性能。

弱内存排序和编译器优化

Java 的内存模型有意允许弱内存排序内存排序。这意味着不提供强内存排序保证的硬件架构（例如ARM和PowerPC）可以用来实现Java虚拟机（JVM）。弱内存排序允许编译器通过删除不必要的内存障碍来更积极地优化代码。如果没有弱内存排序，JVM 在每次存储之后和每次加载之前都需要内存屏障，这将显着影响性能。

内存重新排序的其他好处

除了允许乱序执行之外和编译器优化一样，内存重新排序还可以带来其他性能优势，例如：

• 负载推测：处理器可以在其依赖项之前推测执行负载，使它们能够隐藏缓存未命中的延迟。
• 存储缓冲：处理器使用存储缓冲区将存储指令与缓存提交分离。这允许存储以推测方式执行，从而提高对同一缓存行执行多次写入的应用程序的性能。
• 降低同步成本：通过允许内存重新排序，编译器可以避免在代码中使用同步原语这不需要严格的排序。这可以减少开销并提高性能。

结论

内存重新排序是用于提高处理器和编译器性能的基本技术。虽然它可能会带来程序行为的复杂性，但它还通过允许无序执行、推测加载和编译器优化来提供显着的性能优势。了解内存重新排序的机制和好处对于优化并行和多线程应用程序的性能至关重要。

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