java JMM 内存屏障

比眉伴天荒 2024-03-26 13:06 86阅读 0赞

## [内存屏障][Link 1]的目的 ##

每个CPU都会有自己的缓存（有的甚至L1,L2,L3），缓存的目的就是为了提高性能，避免每次都要向内存取。但是这样的弊端也很明显：不能实时的和内存发生信息交换，分在不同CPU执行的不同线程对同一个变量的缓存值不同

## 内存屏障的作用 ##

硬件层的内存屏障分为两种：Load Barrier 和 Store Barrier即读屏障和写屏障

*  对于Load Barrier来说，在指令前插入Load Barrier，可以让高速缓存中的数据失效，强制从新从主内存加载数据
 *  对于Store Barrier来说，在指令后插入Store Barrier，能让写入缓存中的最新数据更新写入主内存，让其他线程可见

内存屏障有两个作用

*  阻止屏障两侧的指令重排序
 *  强制把写缓冲区/高速缓存中的脏数据等写回主内存，让缓存中相应的数据失效

## java内存屏障 ##

内存屏障可以被分为以下几种类型:

*  `LoadLoad屏障`：对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
 *  `StoreStore屏障`：对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2，在Store2及后续写入操作执行前，保证Store1的写入操作对其它处理器可见。
 *  `LoadStore屏障`：对于这样的语句Load1; LoadStore; Store2，在Store2及后续写入操作被刷出前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。
 *  `StoreLoad屏障`：对于这样的语句Store1; StoreLoad; Load2，在Load2及后续所有读取操作执行前，保证Store1的写入对所有处理器可见。它的开销是四种屏障中最大的。在大多数处理器的实现中，这个屏障是个万能屏障，兼具其它三种内存屏障的功能

## volatile语义中的内存屏障 ##

volatile的内存屏障策略非常严格、悲观

*  在每个volatile写操作前插入StoreStore屏障，在写操作后插入StoreLoad屏障
 *  在每个volatile读操作前插入LoadLoad屏障，在读操作后插入LoadStore屏障

volatile重排序规则：

*  volatile写与之前的读写不能重排序
 *  volatile读与之后的读写不能重排序
 *  相邻的volatile之间不能重排序

![在这里插入图片描述][3cadc144dcef430db9842c1f28843d1e.png_pic_center]

volatile内存屏障规则：

*  volatile写之前，所有的读写都必须已经完成
 *  volatile读结束后，所有的读写才能开始
 *  相邻的volatile必须有序实行

![在这里插入图片描述][208eebb0baef409bbfd1a7d39a940716.png_pic_center]

## final语义中的内存屏障 ##

*  新建对象过程中，构造体中对final域的初始化写入和这个对象赋值给其他引用变量，这两个操作不能重排序

x.finalField = v; ... ;构建方法边界sharedRef = x;
    v.afield = 1; x.finalField = v; ... ; 构建方法边界sharedRef = x;
    这两条语句中，构建方法边界前后的指令都不能重排序。

*  初次读包含final域的对象引用和读取这个final域，这两个操作不能重排序

x = sharedRef; ... ; i = x.finalField;

*  为了保证final字段的特殊语义，也会在下面的语句加入内存屏障

x.finalField = v; StoreStore; sharedRef = x;

## 参考链接 ##

*  [内存屏障][Link 2]
 *  [JVM内存模型、指令重排、内存屏障概念解析][JVM]
 *  [java内存模型 内存屏障][java_]

[Link 1]: https://so.csdn.net/so/search?q=%E5%86%85%E5%AD%98%E5%B1%8F%E9%9A%9C&spm=1001.2101.3001.7020
[3cadc144dcef430db9842c1f28843d1e.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/5f2e9345cca54960a780321a36351a70.png
[208eebb0baef409bbfd1a7d39a940716.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/2ebc81bb62764383b1f5882771875ab2.png
[Link 2]: https://www.jianshu.com/p/2ab5e3d7e510
[JVM]: https://www.cnblogs.com/chenyangyao/p/5269622.html
[java_]: https://blog.csdn.net/coslay/article/details/41955899