Поговорим о том, что должен знать Android разработчик о многопоточных программах

1. JMM in Android
Максим Ефимов
Android team leader, Google developer expert
0

2. О чем будем говорить?
• Зачем понадобилась JMM
• Happens-before
• ARM vs x86
1

3. Естественный порядок
2
int a, b;
void foo() {
int l1 = a;
int l2 = l1 + 10;
int l3 = b;
int l4 = l2 % 3;
}

4. 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;
}

5. 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 в
одном потоке

6. Нотация записи
5
A==B==0
r1=A
B=1
r2=B
A=1
общее для обоих потоков
происходит в первом потоке происходит во втором потоке
r1=? r2=?

7. Reordering в многопоточности
6
A==B==0
r1=A
r2=B
B=1
A=1
Ожидаем (r1, r2)
(0, 0),(1, 1),(0, 1)
A==B==0
r1=A
r2=B
A=1
B=1
Получаем (r1, r2)
(0, 0),(1, 1),(0, 1),
(1, 0)
Семантика нарушается

8. 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
между
потоками

9. 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

10. Data race
9
• Один поток читает данные
• Второй поток пишет данные
• Эти два действия не синхронизированы

11. 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

12. JMM философия
11
Порядок выполнения может быть любой, кроме
запрещенных порядков

13. Что есть в JMM?
12
• Sequential consistency
• Happens before
• Causality
finals, word tearing…

14. Happens before I
13
Monitor.unlock() Monitor.lock()
HB
volatile write volatile read
HB
Thread.start() 1st thread action
HB
last thread action Thread.terminate()
HB
Thread.interrupt() interrupt detected
HB
default write 1st access
HB
constructor finalizer
HB

15. Happens before II
14
read write
HB
one more write read
HB
write
HB
read writeМожет видеть
+
=

16. Happens before III
15
N action in thread N+1 action in thread
HB

17. HB пример
16
Monitor.Lock()
x = 1
Monitor.Unlock() Monitor.Lock()
b = xx = 3
Monitor.Unlock()
Поток 1 Поток 2
HB
x = 2
b = ?
a = x a = ?

18. HB достаточно?
17
A==B==0
r1=A
if(r1 != 0)
B=1
r2=B
if(r2 != 0)
A=1
Ожидаем (r1, r2) = ?

19. 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

20. Memory model @ Dalvik
19
DMM
x86 ARM

21. x86 vs ARM
20
• readread
• storestore
• readstore
• storeread
• readread
• storestore
• readstore
• storeread
ARM x86

22. No barriers I
21
A==B==false
A=true
r1=B
if(!r1)
crit()
B=true
r2=A
if(!r2)
crit()

23. No barriers II
22
A==B==false
A=true
r1=B
if(!r1)
crit()
B=true
r2=A
if(!r2)
crit()
r1=B
A=true
if(!r1)
crit()

24. x86 vs ARM I
23
A==B==0
A=41
B=1
loop_until(B==1)
r1=A

25. x86 vs ARM II
24
A==B==0
B=1
A=41
loop_until(B==1)
r1=A
A=41
B=1
ARM

26. 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]

27. 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]

28. ARM AD limitation
27
A==B==0
A = 1 loop_until(A==1)
B = 16
loop:
r0=B
if(r0==0) goto loop
r1 = 8 + r0
r2 = [A + r1]

29. 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

30. Спасибо за внимание!
me@redmadrobot.com