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詳解Java中的內(nèi)存屏障

更新時(shí)間：2021年05月10日 09:24:24 作者：青年it男

這篇文章主要介紹了Java中的內(nèi)存屏障的相關(guān)資料，幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)使用Java，感興趣的朋友可以了解下

為什么要有內(nèi)存屏障

這個(gè)是為了解決因?yàn)閏pu，高速緩存，主內(nèi)存出現(xiàn)的時(shí)候，導(dǎo)致的可見性和重序性問題，什么問題呢，看下面
我們都知道計(jì)算機(jī)運(yùn)算任務(wù)需要CPU和內(nèi)存相互配合共同完成，其中CPU負(fù)責(zé)邏輯計(jì)算，內(nèi)存負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。CPU要與內(nèi)存進(jìn)行交互，如讀取運(yùn)算數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)運(yùn)算結(jié)果等。由于內(nèi)存和CPU的計(jì)算速度有幾個(gè)數(shù)量級的差距，為了提高CPU的利用率，現(xiàn)代處理器結(jié)構(gòu)都加入了一層讀寫速度盡可能接近CPU運(yùn)算速度的高速緩存來作為內(nèi)存與CPU之間的緩沖：將運(yùn)算需要使用的數(shù)據(jù)復(fù)制到緩存中，讓CPU運(yùn)算可以快速進(jìn)行，計(jì)算結(jié)束后再將計(jì)算結(jié)果從緩存同步到主內(nèi)存中，這樣處理器就無須等待緩慢的內(nèi)存讀寫了。就像下面這樣

高速緩存的引入解決了CPU和內(nèi)存之間速度的矛盾，但是在多CPU系統(tǒng)中也帶來了新的問題：可見性問題和重排序問題。

首先是可見性問題：假設(shè)有兩個(gè)線程A、B分別在兩個(gè)不同的CPU上運(yùn)行，它們共享同一個(gè)變量X。如果線程A對X進(jìn)行修改后，并沒有將X更新后的結(jié)果同步到主內(nèi)存，則變量X的修改對B線程是不可見的。這樣就會(huì)造成可見性問題

然后是重排序問題：假設(shè)A、B兩個(gè)線程共享兩個(gè)變量X、Y，A和B分別在不同的CPU上運(yùn)行。在A中先更改變量X的值放到高速緩存區(qū)，然后再更改變量Y的值放到高速緩存區(qū)。這時(shí)有可能發(fā)生Y的值被同步回主內(nèi)存，而X的值沒有同步回主內(nèi)存的情況，此時(shí)對于B線程來說是無法感知到X變量被修改的，或者可以認(rèn)為對于B線程來說，Y變量的修改被重排序到了X變量修改的前面。

就是為了解決上面的多線程里面的可見性和重序性問題，所以有了下面的內(nèi)存屏障技術(shù)

內(nèi)存屏障的主要組成

首先是硬件上面的內(nèi)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(shù)據(jù)失效，強(qiáng)制當(dāng)前線程從主內(nèi)存里面加載數(shù)據(jù)
Store屏障，是x86的”sfence“指令，在其他指令后插入sfence指令，能讓當(dāng)前線程寫入高速緩存中的最新數(shù)據(jù)更新寫入主內(nèi)存，讓其他線程可見。

Java里面的內(nèi)存屏障

在java里面有4種，就是 LoadLoad,StoreStore,LoadStore,StoreLoad，實(shí)際上也能看出來，這四種都是上面的兩種的組合產(chǎn)生的

LoadLoad屏障：

舉例語句是Load1; LoadLoad; Load2(這句里面的LoadLoad里面的第一個(gè)Load對應(yīng)Load1加載代碼，然后LoadLoad里面的第二個(gè)Load對應(yīng)Load2加載代碼)，此時(shí)的意思就是在Load2加載代碼在要讀取的數(shù)據(jù)之前，保證Load1加載代碼要從主內(nèi)存里面讀取的數(shù)據(jù)讀取完畢。

StoreStore屏障：

舉例語句是 Store1; StoreStore; Store2(這句里面的StoreStore里面的第一個(gè)Store對應(yīng)Store1存儲(chǔ)代碼，然后StoreStore里面的第二個(gè)Store對應(yīng)Store2存儲(chǔ)代碼)。此時(shí)的意思就是在Store2存儲(chǔ)代碼進(jìn)行寫入操作執(zhí)行前，保證Store1的寫入操作已經(jīng)把數(shù)據(jù)寫入到主內(nèi)存里面，確認(rèn)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(這句里面的LoadStore里面的Load對應(yīng)Load1加載代碼，然后LoadStore里面的Store對應(yīng)Store2存儲(chǔ)代碼)，此時(shí)的意思就是在Store2存儲(chǔ)代碼進(jìn)行寫入操作執(zhí)行前，保證Load1加載代碼要從主內(nèi)存里面讀取的數(shù)據(jù)讀取完畢。

StoreLoad屏障：

舉例語句是Store1; StoreLoad; Load2(這句里面的StoreLoad里面的Store對應(yīng)Store1存儲(chǔ)代碼，然后StoreLoad里面的Load對應(yīng)Load2加載代碼)，在Load2加載代碼在從主內(nèi)存里面讀取的數(shù)據(jù)之前，保證Store1的寫入操作已經(jīng)把數(shù)據(jù)寫入到主內(nèi)存里面，確認(rèn)Store1的寫入操作對其它處理器可見。

Volatile關(guān)鍵字里面的內(nèi)存屏障是起作用的

在每個(gè)volatile寫操作前插入StoreStore屏障，這樣就能讓其他線程修改A變量后，把修改的值對當(dāng)前線程可見，在寫操作后插入StoreLoad屏障，這樣就能讓其他線程獲取A變量的時(shí)候，能夠獲取到已經(jīng)被當(dāng)前線程修改的值

在每個(gè)volatile讀操作前插入LoadLoad屏障，這樣就能讓當(dāng)前線程獲取A變量的時(shí)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(shù)據(jù)就一樣了，在讀操作后插入LoadStore屏障；這樣就能讓當(dāng)前線程在其他線程修改A變量的值之前，獲取到主內(nèi)存里面A變量的的值。

以上就是詳解Java中的內(nèi)存屏障的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Java 內(nèi)存屏障的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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