深究可见性，原子性，有序性的解决方案之内存屏障

本文主要是介绍深究可见性，原子性，有序性的解决方案之内存屏障，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

 　　在了解内存屏障之前，我们先了解一下JMM模型的8种原子操作：

1.lock 锁定 : 把主内存中的一个变量标志为一个线程独享的状态

2.unlock 解锁 : 把主内存中的一个变量释放出来

3.read 读：将主内存中的变量读到工作内存中

4.load 加载：将工作内存中的变量加载到副本中

5.use 使用：当执行引擎需要使用到一个变量时,将工作内存中的变量的值传递给执行引擎

6.assign 赋值：将执行引擎收的的值赋值给工作内存中的变量

7.store 存储：将工作内存中的变量的值传到主内存中

8.write 写入：将store得到值放到主内存的变量中

并且JMM内存模型还规定了以上操作必须遵守的规则：

1.如果要把一个变量从主内存中复制到工作内存，就需要按顺寻地执行read和load操作， 如果把变量从工作内存中同步回主内存中，就要按顺序地执行store和write操作。但Java内存模型只要求上述操作必须按顺序执行，而没有保证必须是连续执行。

2.不允许read和load、store和write操作之一单独出现

3.不允许一个线程丢弃它的最近assign的操作，即变量在工作内存中改变了之后必须同步到主内存中。

4.不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从工作内存同步回主内存中。

5.一个新的变量只能在主内存中诞生，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化（load或assign）的变量。即就是对一个变量实施use和store操作之前，必须先执行过了assign和load操作。

6.一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作，但lock操作可以被同一条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。lock和unlock必须成对出现

7.如果对一个变量执行lock操作，将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前需要重新执行load或assign操作初始化变量的值

8.如果一个变量事先没有被lock操作锁定，则不允许对它执行unlock操作；也不允许去unlock一个被其他线程锁定的变量。

9.对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步到主内存中（执行store和write操作）

 

对于内存屏障而言，关注的就是store和load操作。

根据JMM模型规定，read和load,store和write必须同时出现,并且按照顺序执行，所以执行完load操作，必然是加载了主内存的值的，但不能保证这两操作时是原子性的，同样的道理，执行store也是一样的，都无法保证操作的原子性，那么内存屏障又是如何解决这个问题的呢？

首先看硬件层面的内存屏障：

1. lfence，是一种Load Barrier 读屏障。在读指令前插入读屏障，可以让高速缓存中的数据失效，重新从主内存加载数据,其实就是告诉操作系统，后面的值给我去主存中取。

2. sfence, 是一种Store Barrier 写屏障。在写指令之后插入写屏障，能让写入缓存的最新数据写回到主内存，其实就是把我写的这条数据直接刷到主存，看着和上面那条差不多都是刷最新的数据，但区别在于其他核心不一定会来取

3. mfence, 是一种全能型的屏障，具备ifence和sfence的能力，就是把当前缓存行的数据修改过的最新值刷入主存，其他的失效，重新从主存获取。
4. lock前缀也能实现类似的效果，它通过对总线/缓存行加锁，执行后面的指令，这个时候所有访问这条总线/缓存行的请求都会被阻塞，直到锁释放。lock指令可以保证前面的修改都会刷新到主存，并且释放锁后会使所有所有对应缓存行失效，这样就可以达到和内存屏障一样的效果

java中unsafe包也提供了类似的屏障：

public native void loadFence(); // 读屏障

public native void storeFence(); // 写屏障

public native void fullFence();  //两者都有

底层实现也都是差不多的，其实内存屏障的另外一个含义就是可以禁止重排序，屏障就是一道栅栏，前面的指令必须在前面执行完，后面的不能跳到前面执行，禁止代码过度优化。   最后我们再看下上面的问题，如何保证store load 和read write之间的原子性，最简单的就是加锁，但是这样的消耗太大，而内存屏障通过一道栅栏的形式，并保证缓存一致性，同样也实现了写与读之间的原子性。

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