cpu的指令重排，禁用办法

上一篇博客 volatile关键字总结-CSDN博客，我们讲了两个volatile变量可以限制编译器对指令的重排，但是限制不了cpu层面的指令重排

这篇博客开始，我们演示下cpu层面的指令重排，以及如何禁止cpu层面的指令重排

实验一：复现cpu指令重排

代码如下

#include
#include
using namespace std;

volatile int x = 0;
volatile int y = 0;
volatile int a = 0;
volatile int b = 0;

void threadFun1()
{
	// 空循环5万次，这样尽量和线程2同时启动，更容易出现x=0,y=0的结果
    for (int i = 0; i < 50000; i++){}
    a = 1;
    x = b;
}

void threadFun2()
{
    b = 1;
    y = a;
}

int main()
{
    int i = 0;
    while (1)
    {
        i++;
        x = y = a = b = 0;
        thread t1(threadFun1);
        thread t2(threadFun2);
        t1.join();
        t2.join();
        if (x==0 && y == 0)
        {
            cout << "第" << i << "次执行后，发现x=0,且y=0" << endl;
            break;
        }
        else
        {
			cout << "第" << i << "次执行后，x=" << x << ",y=" << y << endl;
        }
    }
    return 0;
}

对上面的代码解释下：

1. 四个变量x, y, a, b都用volatile关键字修饰，访问时必须从内存读写，确保编译器层面不做任何的指令优化

2. 线程1函数中，先执行a=1，再执行x=b

3. 线程2函数中，先执行b=1，再执行y=a

4. 我们每次先把x,y,a,b置零，然后开启这两个线程

实验如下图

第一次执行5万多次出现了，x=0，且y=0的情况

第二次执行11万多次才出现

按照逻辑，无论线程1先执行，还是线程2先执行，最终两个线程执行完后都不可能出现x=0且y=0的情况

因为出现x=0且y=0，这意味着

要么是 "x=b"先于 "a=1"执行了

要么是 "y=a"先于 "b=1"执行了

也就是虽然四个变量都使用volatile关键字，编译器层面没有出现重排，但是cpu层面出现了指令的重排！

实验二：使用函数__sync_synchronize()，禁止cpu指令重排

代码如下(仅贴出与实验一不同的地方)

void threadFun1()
{
    // 空循环8万次，这样尽量和线程2同时启动，更容易出现x=0,y=0的结果
    for (int i = 0; i < 80000; i++){}

    a = 1;
    __sync_synchronize();
    x = b;
}

void threadFun2()
{
    b = 1;
    __sync_synchronize();
    y = a;
}

以上代码：仅仅是在两个语句之间调用了函数 __sync_synchronize();

注意：这个GCC函数也是linux下用来做内存屏障(memory barrier)的实现原理，防止cpu乱序执行命令

实验结果：

执行了1700多万次测试，都不会出现x=0，且y=0的情况了