Объяснение гарантий кросс-буферных операций ECMAScript Atomics

Методы ECMAScript Atomics не автоматически гарантируют завершение всех предыдущих операций с общей памятью через разные объекты SharedArrayBuffer. Цитата из спецификации, которую вы привели, относится к гарантиям упорядочивания внутри одного и того же контекста общей памяти, а не через разные экземпляры SharedArrayBuffer.

Содержание

• Понимание модели памяти
• Анализ спецификации
• Поведение между буферами
• Правильный ответ
• Правильная межбуферная синхронизация
• Практические последствия

Понимание модели памяти

Модель памяти ECMAScript для SharedArrayBuffer и операций Atomics предоставляет сложные гарантии упорядочивания, но они действуют в определенных границах:

• Атомарные операции (такие как Atomics.load, Atomics.store) гарантируют последовательную согласованность относительно других операций в том же месте памяти
• Ограничения упорядочивания применяются к событиям внутри одного “Блока общих данных” или явно синхронизированных контекстов
• Межбуферные операции требуют явных механизмов синхронизации, если они не являются частью одной логической области памяти

Упоминание в спецификации “событий Блока общих данных” предполагает, что эти гарантии упорядочивания в первую очередь применяются в рамках одного контекста общей памяти.

Анализ спецификации

Приведенная вами цитата из спецификации ECMAScript содержит важные нюансы:

“Программные преобразования не должны вызывать удаления каких-либо событий Блока общих данных, чей [[Order]] равен seq-cst, из отношения is-agent-order-before, а также их перестановки друг относительно друга или перестановки внутри среза agent-order относительно событий, чей [[Order]] равен unordered.”

Ключевые моменты:

• “События Блока общих данных” - эта терминология предполагает, что упорядочивание применяется внутри одного блока общей памяти
• упорядочивание seq-cst - последовательная согласованность сохраняется внутри одного контекста
• нет упоминания межбуферных операций - спецификация не распространяет эти гарантии на разные объекты SharedArrayBuffer

Поведение между буферами

В вашем примере кода поведение не гарантировано:

// Агент-записи
function setValue(value) {
  f32View[0] = value;           // Неатомарная запись в f32Buffer
  Atomics.store(i32View, 0, 1);  // Атомарная запись в i32Buffer
}

// Агент-чтения  
function getValue() {
  while (Atomics.load(i32View, 0) === 0) Atomics.pause();
  return f32View[0];  // Нет гарантии, что здесь будет видна запись из setValue()
}

Атомарная операция над i32View не автоматически сбрасывает или упорядочивает операции над f32View, поскольку они являются отдельными объектами SharedArrayBuffer.

Правильный ответ

Нет, использование атомарной операции такой как Atomics.load или Atomics.store не гарантирует, что все предыдущие операции с объектами SharedArrayBuffer будут завершены в первую очередь, даже с объектами буферов, отличными от того, который передается в качестве аргумента.

В вашем примере агент-чтения, наблюдающий атомарное обновление i32View, не гарантирует, что неатомарное обновление f32View было завершено. Операции над разными объектами SharedArrayBuffer не автоматически упорядочены относительно друг друга.

Это поведение соответствует тому, как работают большинство современных моделей памяти - атомарные операции обеспечивают гарантии упорядочивания внутри своей области синхронизации, но межобластное упорядочивание требует явной координации.

Правильная межбуферная синхронизация

Для гарантии межбуферного упорядочивания требуется явная синхронизация:

// Агент-записи
function setValue(value) {
  f32View[0] = value;
  // Используем атомарную операцию как барьер памяти
  Atomics.store(i32View, 0, 1);
}

// Агент-чтения
function getValue() {
  while (Atomics.load(i32View, 0) === 0) Atomics.pause();
  // Добавляем ограждение памяти для обеспечения упорядочивания
  Atomics.fence();  // Гарантирует, что все предыдущие операции видны
  return f32View[0];
}

Альтернативно, можно использовать один SharedArrayBuffer для обоих типов данных, чтобы обеспечить естественное упорядочивание:

const buffer = new SharedArrayBuffer(8);
const f32View = new Float32Array(buffer, 0, 1);
const i32View = new Int32Array(buffer, 4, 1);

Практические последствия

1. Изоляция на уровне буфера - Рассматривайте каждый SharedArrayBuffer как независимую область памяти
2. Требуется явное упорядочивание - Используйте Atomics.fence() или другие примитивы синхронизации для межбуферной координации
3. Шаблоны проектирования - Рассматривайте одно-буферные проекты, когда требуется межбуферное упорядочивание
4. Соображения производительности - Межбуферная синхронизация добавляет накладные расходы, которые следует минимизировать

Модель памяти ECMAScript предоставляет мощные инструменты для синхронизации, но понимание границ этих гарантий необходимо для корректного параллельного программирования.

Источники

1. Спецификация ECMAScript 2024 - Общая память и атомарные операции
2. Документация MDN Web Docs - SharedArrayBuffer и Atomics
3. Что каждый разработчик JavaScript должен знать о SharedArrayBuffer
4. Модель памяти ECMAScript для общей памяти

Заключение

• Межбуферное упорядочивание не гарантировано атомарными операциями над разными объектами SharedArrayBuffer
• Последовательная согласованность применяется внутри одного контекста общей памяти
• Требуется явная синхронизация (ограждения, одно-буферные проекты) для межбуферной координации
• Границы модели памяти должны быть поняты для избежания тонких ошибок параллелизма
• Альтернативные подходы включают использование одного буфера или реализацию правильных межбуферных барьеров синхронизации

При работе с несколькими объектами SharedArrayBuffer всегда предполагайте, что операции над разными буферами неупорядочены, если вы не создали явную синхронизацию между ними.