参考 Java 21 Garbage Collection Tuning Guide，Java 8 Garbage Collection Tuning Guide，Getting Started with the G1 Garbage Collector，Garbage-First Garbage Collection，OpenJDK Wiki ZGC，Java YouTube，《深入理解 Java 虚拟机》。

参考 What Volatile Means in Java，Memory Models，Consistency model。另外，stack overflow 的讨论或许有用。

Java 中的 volatile 可以保证可见性、有序性。可见性：线程 A 写入 volatile 变量，线程 B 读取该 volatile 变量可以读到最新值，并且在线程 A 写入 volatile 变量之前对 A 可见的变量值，在线程 B 读取该 volatile 变量之后对 B 也可见。有序性：禁止（编译器/CPU）对 volatile 变量相关的指令进行重排优化。虽然 Java 并发编程实战中提到 volatile 不能保证原子性，但是对 long/double 类型的 volatile 变量的简单赋值操作是原子的，我所说的简单赋值是指不依赖变量当前值的赋值操作。

问题

在《深入理解 Java 虚拟机》第 12 章中有提到 volatile 相关的汇编代码，简单的示例如下。书中提到 lock addl 相当于一个内存屏障，阻止跨内存屏障的指令重排，同时还会将当前处理器的缓存写入内存，以及使其他处理器的缓存失效，从而禁止指令重排。

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private static boolean a;
private volatile static boolean b;

public static void foo() {
    a = true;
    b = true;
}

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0x000002271ed4378c: movabs $0x711dec880,%r10 ; {oop(a 'java/lang/Class'{0x0000000711dec880} = 'Test')}
0x000002271ed43796: movb $0x1,0x70(%r10)
0x000002271ed4379b: movb $0x1,0x71(%r10)
0x000002271ed437a0: lock addl $0x0,-0x40(%rsp) ;*putstatic b {reexecute=0 rethrow=0 return_oop=0}
; - Test::foo@5 (line 8)

最初，我有个疑问，就是赋值语句之后的内存屏障无法禁止屏障之前的指令重排，例如此处的两个赋值语句 a=true 和 b=true 是否可能重排。询问 Jeremy（JSR-133 的作者之一）之后，他告诉我：

It is possible for processors to do that in general, but x86 doesn’t, so you don’t need a barrier there. Search for “total store order” if you’re curious.

然后，我查找和 TSO 相关的内容时，又一次找到 Russ Cox 的博客，以下内容部分来自该博客。

概念

顺序一致性（Sequential Consistency）：单个处理器按照程序顺序执行（不重排指令），多个处理器按照某种顺序交错执行，这样的多处理器就是顺序一致的。

大多数指令集架构不提供顺序一致的内存模型，因为更强的一致性通常意味着更少的优化（更低的性能）。x86 使用 Total Store Order（TSO）内存模型：所有处理器都连接到单个共享内存，但是每个处理器有一个本地的写入队列，写入操作排队写入共享内存，读取操作会优先读取本地写入队列中的值（如果有的话）。ARM/POWER 的内存模型更加宽松：每个处理器从自己的内存完整副本中读取和写入，读取可以延迟到写入之后，并且每个写入都独立地传播到其他处理器，在写入传播时允许重新排序。

测试

Litmus Test（石蕊测试）：初始时 x=0,y=0（共享变量），rn 表示私有存储（例如，寄存器或者局部变量），不考虑编译器重排指令。

以下程序是否可以看到 r1=1,r2=0？顺序一致性和 x86 中不可以，ARM/POWER 中可以。

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// Thread1
x = 1
y = 1
// Thread2
r1 = y
r2 = x

以下程序是否可以看到 r1=0,r2=0？顺序一致性中不可以，x86 和 ARM/POWER 中可以。

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// Thread1
x = 1
r1 = y
// Thread2
y = 1
r2 = x

其他

区分 consistency 和 coherency：consistency 表示多个处理器对所有内存位置的操作的总顺序达成一致，coherency 表示多个处理器对相同内存位置的操作的总顺序达成一致。

JMM 为程序中所有操作定义了一个偏序关系，称为 Happens-Before。操作 A Happens-Before 操作 B 的含义是：如果操作 A 先于操作 B 发生，那么执行操作 B 的线程能够看到操作 A 的结果。如果两个操作没有 Happens-Before 关系，那么 JVM/CPU 可以对它们任意地重新排序。

参考 Reflections on Trusting Trust，Running the “Reflections on Trusting Trust” Compiler。

The moral is obvious. You can’t trust code that you did not totally create yourself. (Especially code from companies that employ people like me.) No amount of source-level verification or scrutiny will protect you from using untrusted code.

步骤一

如何编写一个自我复制程序（Quine）？使用 Java 编写的代码如下，还是有点难的。最开始想直接打印，但是打印语句需要包含完整的程序，而完整的程序又包含打印语句，是一个循环依赖的过程。要把循环解开，就只能在字符串中包含基本的行，经过特殊处理得到正确的输出，最简单的方式是使用占位符。似乎不能使用转义字符，因为反斜杠在字符串中也需要转义，所以根本没办法打印出相同的行。更短的示例可以参考 Quine Programs。

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public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        char n = 10;
        String t = new String(new char[]{'"', '"', '"'});
        String s = """
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        char n = 10;
        String t = new String(new char[]{'"', '"', '"'});
        String s = %s;
        System.out.printf(s, t + n + s + t);
    }
}
""";
        System.out.printf(s, t + n + s + t);
    }
}

步骤二

如何构建一个自编译的编译器（即由要编译的语言编写的编译器），是一个先有鸡还是先有蛋的问题，解决方案是引导（Bootstrapping）。简单来说，首先使用机器支持的语言编写编译器 A 的源代码，编译器 A 可以编译目标语言的子集。然后使用目标语言的子集编写编译器 B 的源代码，经过编译器 A 编译得到编译器 B 的二进制文件。之后就可以不断重复，得到支持完整目标语言的编译器。

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if (c == 'v') return 11; // 旧编译器可以识别
if (c == 'v') return '\v'; // 新编译器才能识别

论文提到的例子是，在目标语言中添加 \v 符号，表示垂直制表符。由于旧编译器不识别该符号，所以使用垂直制表符的 ASCII 码 11 扩展旧编译器的源代码，旧编译器编译扩展后的源代码得到新编译器，新编译器就能够识别 \v 符号。

步骤三

修改编译器，以匹配指定模式，如果匹配则错误地编译源代码，这是特洛伊木马（Trojan horse）。可以在编译器中插入指定的匹配模式（后门，backdoor），使其匹配 login 命令的源代码。如果用户使用该编译器编译 login 命令，则命令会被错误编译，从而可以使用指定的密码登录系统的任意用户。

最关键的是，如果再添加一个针对编译器自身的匹配模式，在识别到当前正在编译编译器时，将特洛伊木马插入到新编译器中，则可以实现类似步骤二中的“学习”过程。也就是说，即使编译器 B 的源代码是正确的，使用包含以上两个匹配模式的编译器 A 编译，得到的编译器 B 的二进制文件依然包含两个特洛伊木马。最终，编译器 B 仍会错误地编译 login 命令，而编译器 B 的源代码却是正确的。

论文提到，将特洛伊木马插入到新编译器中，使用的是步骤一的自我复制程序。我看半天才理解这句话，可以这么想，特洛伊木马需要获取自身的代码，然后插入到新编译器的特定位置，类似自我复制需要输出自身的代码。