詳解Java中的內存屏障

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為什麼要有內存屏障

這個是為瞭解決因為cpu，高速緩存，主內存出現的時候，導致的可見性和重序性問題，什麼問題呢，看下面
我們都知道計算機運算任務需要CPU和內存相互配合共同完成，其中CPU負責邏輯計算，內存負責數據存儲。CPU要與內存進行交互，如讀取運算數據、存儲運算結果等。由於內存和CPU的計算速度有幾個數量級的差距，為瞭提高CPU的利用率，現代處理器結構都加入瞭一層讀寫速度盡可能接近CPU運算速度的高速緩存來作為內存與CPU之間的緩沖：將運算需要使用的數據復制到緩存中，讓CPU運算可以快速進行，計算結束後再將計算結果從緩存同步到主內存中，這樣處理器就無須等待緩慢的內存讀寫瞭。就像下面這樣

高速緩存的引入解決瞭CPU和內存之間速度的矛盾，但是在多CPU系統中也帶來瞭新的問題：可見性問題和重排序問題。

首先是可見性問題：假設有兩個線程A、B分別在兩個不同的CPU上運行，它們共享同一個變量X。如果線程A對X進行修改後，並沒有將X更新後的結果同步到主內存，則變量X的修改對B線程是不可見的。這樣就會造成可見性問題

然後是重排序問題：假設A、B兩個線程共享兩個變量X、Y，A和B分別在不同的CPU上運行。在A中先更改變量X的值放到高速緩存區，然後再更改變量Y的值放到高速緩存區。這時有可能發生Y的值被同步回主內存，而X的值沒有同步回主內存的情況，此時對於B線程來說是無法感知到X變量被修改的，或者可以認為對於B線程來說，Y變量的修改被重排序到瞭X變量修改的前面。

就是為瞭解決上面的多線程裡面的可見性和重序性問題，所以有瞭下面的內存屏障技術

內存屏障的主要組成

首先是硬件上面的內存屏障

  • Load屏障，是x86上的”ifence“指令，在其他指令前插入ifence指令，可以讓高速緩存中的數據失效，強制當前線程從主內存裡面加載數據
  • Store屏障，是x86的”sfence“指令，在其他指令後插入sfence指令，能讓當前線程寫入高速緩存中的最新數據更新寫入主內存，讓其他線程可見。

Java裡面的內存屏障

在java裡面有4種，就是 LoadLoad,StoreStore,LoadStore,StoreLoad，實際上也能看出來，這四種都是上面的兩種的組合產生的

LoadLoad屏障：

舉例語句是Load1; LoadLoad; Load2(這句裡面的LoadLoad裡面的第一個Load對應Load1加載代碼，然後LoadLoad裡面的第二個Load對應Load2加載代碼)，此時的意思就是在Load2加載代碼在要讀取的數據之前，保證Load1加載代碼要從主內存裡面讀取的數據讀取完畢。

StoreStore屏障：

舉例語句是 Store1; StoreStore; Store2(這句裡面的StoreStore裡面的第一個Store對應Store1存儲代碼，然後StoreStore裡面的第二個Store對應Store2存儲代碼)。此時的意思就是在Store2存儲代碼進行寫入操作執行前，保證Store1的寫入操作已經把數據寫入到主內存裡面，確認Store1的寫入操作對其它處理器可見。

LoadStore屏障：

舉例語句是 Load1; LoadStore; Store2(這句裡面的LoadStore裡面的Load對應Load1加載代碼，然後LoadStore裡面的Store對應Store2存儲代碼)，此時的意思就是在Store2存儲代碼進行寫入操作執行前，保證Load1加載代碼要從主內存裡面讀取的數據讀取完畢。

舉例語句是 Load1; LoadStore; Store2(這句裡面的LoadStore裡面的Load對應Load1加載代碼，然後LoadStore裡面的Store對應Store2存儲代碼)，此時的意思就是在Store2存儲代碼進行寫入操作執行前，保證Load1加載代碼要從主內存裡面讀取的數據讀取完畢。

StoreLoad屏障：

舉例語句是Store1; StoreLoad; Load2(這句裡面的StoreLoad裡面的Store對應Store1存儲代碼，然後StoreLoad裡面的Load對應Load2加載代碼)，在Load2加載代碼在從主內存裡面讀取的數據之前，保證Store1的寫入操作已經把數據寫入到主內存裡面，確認Store1的寫入操作對其它處理器可見。

Volatile關鍵字裡面的內存屏障是起作用的

在每個volatile寫操作前插入StoreStore屏障，這樣就能讓其他線程修改A變量後，把修改的值對當前線程可見，在寫操作後插入StoreLoad屏障，這樣就能讓其他線程獲取A變量的時候，能夠獲取到已經被當前線程修改的值

在每個volatile讀操作前插入LoadLoad屏障，這樣就能讓當前線程獲取A變量的時候，保證其他線程也都能獲取到相同的值，這樣所有的線程讀取的數據就一樣瞭，在讀操作後插入LoadStore屏障；這樣就能讓當前線程在其他線程修改A變量的值之前，獲取到主內存裡面A變量的的值。

以上就是詳解Java中的內存屏障的詳細內容，更多關於Java 內存屏障的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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