Java 内存屏障 详解Java中的内存屏障

为什么要有内存屏障

这个是为了解决因为cpu，高速缓存，主内存出现的时候，导致的可见性和重序性问题，什么问题呢，看下面
我们都知道计算机运算任务需要CPU和内存相互配合共同完成，其中CPU负责逻辑计算，内存负责数据存储。CPU要与内存进行交互，如读取运算数据、存储运算结果等。由于内存和CPU的计算速度有几个数量级的差距，为了提高CPU的利用率，现代处理器结构都加入了一层读写速度尽可能接近CPU运算速度的高速缓存来作为内存与CPU之间的缓冲：将运算需要使用的数据复制到缓存中，让CPU运算可以快速进行，计算结束后再将计算结果从缓存同步到主内存中，这样处理器就无须等待缓慢的内存读写了。就像下面这样

高速缓存的引入解决了CPU和内存之间速度的矛盾，但是在多CPU系统中也带来了新的问题：可见性问题和重排序问题。

首先是可见性问题：假设有两个线程A、B分别在两个不同的CPU上运行，它们共享同一个变量X。如果线程A对X进行修改后，并没有将X更新后的结果同步到主内存，则变量X的修改对B线程是不可见的。这样就会造成可见性问题

然后是重排序问题：假设A、B两个线程共享两个变量X、Y，A和B分别在不同的CPU上运行。在A中先更改变量X的值放到高速缓存区，然后再更改变量Y的值放到高速缓存区。这时有可能发生Y的值被同步回主内存，而X的值没有同步回主内存的情况，此时对于B线程来说是无法感知到X变量被修改的，或者可以认为对于B线程来说，Y变量的修改被重排序到了X变量修改的前面。

就是为了解决上面的多线程里面的可见性和重序性问题，所以有了下面的内存屏障技术

内存屏障的主要组成

首先是硬件上面的内存屏障

• Load屏障，是x86上的”ifence“指令，在其他指令前插入ifence指令，可以让高速缓存中的数据失效，强制当前线程从主内存里面加载数据
• Store屏障，是x86的”sfence“指令，在其他指令后插入sfence指令，能让当前线程写入高速缓存中的最新数据更新写入主内存，让其他线程可见。

Java里面的内存屏障

在java里面有4种，就是 LoadLoad,StoreStore,LoadStore,StoreLoad，实际上也能看出来，这四种都是上面的两种的组合产生的

LoadLoad屏障：

举例语句是Load1; LoadLoad; Load2(这句里面的LoadLoad里面的第一个Load对应Load1加载代码，然后LoadLoad里面的第二个Load对应Load2加载代码)，此时的意思就是在Load2加载代码在要读取的数据之前，保证Load1加载代码要从主内存里面读取的数据读取完毕。

StoreStore屏障：

举例语句是 Store1; StoreStore; Store2(这句里面的StoreStore里面的第一个Store对应Store1存储代码，然后StoreStore里面的第二个Store对应Store2存储代码)。此时的意思就是在Store2存储代码进行写入操作执行前，保证Store1的写入操作已经把数据写入到主内存里面，确认Store1的写入操作对其它处理器可见。

LoadStore屏障：

举例语句是 Load1; LoadStore; Store2(这句里面的LoadStore里面的Load对应Load1加载代码，然后LoadStore里面的Store对应Store2存储代码)，此时的意思就是在Store2存储代码进行写入操作执行前，保证Load1加载代码要从主内存里面读取的数据读取完毕。

举例语句是 Load1; LoadStore; Store2(这句里面的LoadStore里面的Load对应Load1加载代码，然后LoadStore里面的Store对应Store2存储代码)，此时的意思就是在Store2存储代码进行写入操作执行前，保证Load1加载代码要从主内存里面读取的数据读取完毕。

StoreLoad屏障：

举例语句是Store1; StoreLoad; Load2(这句里面的StoreLoad里面的Store对应Store1存储代码，然后StoreLoad里面的Load对应Load2加载代码)，在Load2加载代码在从主内存里面读取的数据之前，保证Store1的写入操作已经把数据写入到主内存里面，确认Store1的写入操作对其它处理器可见。

Volatile关键字里面的内存屏障是起作用的

在每个volatile写操作前插入StoreStore屏障，这样就能让其他线程修改A变量后，把修改的值对当前线程可见，在写操作后插入StoreLoad屏障，这样就能让其他线程获取A变量的时候，能够获取到已经被当前线程修改的值

在每个volatile读操作前插入LoadLoad屏障，这样就能让当前线程获取A变量的时候，保证其他线程也都能获取到相同的值，这样所有的线程读取的数据就一样了，在读操作后插入LoadStore屏障；这样就能让当前线程在其他线程修改A变量的值之前，获取到主内存里面A变量的的值。