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写屏障和读屏障的区别是什么？

java 2025/5/12 12:25:23

写屏障（Write Barrier）与读屏障（Read Barrier）的区别

在计算机科学中，写屏障和读屏障是两种关键的内存同步机制，主要用于解决并发编程中的可见性、有序性问题，或在垃圾回收（GC）中维护内存一致性。它们的核心区别在于触发的操作类型、应用场景及实现目标。以下是详细对比：

类型	定义	核心作用
写屏障	在写操作前后插入的同步指令或逻辑，确保写操作的顺序性和可见性。	防止写操作重排序，确保其他线程能及时看到修改后的值。
读屏障	在读操作前后插入的同步指令或逻辑，确保读操作的顺序性和数据有效性。	防止读操作重排序，确保读取的是最新值或符合预期的状态。

写屏障：
- 场景：在多线程中，当一个线程修改共享变量后，需确保该修改对其他线程可见。
- 实现：
  在写操作后插入StoreStore或StoreLoad屏障，强制将写操作结果刷到主内存。
  示例：volatile变量的写操作会自动插入写屏障。
```
volatile int x = 1;
// 写操作后插入StoreLoad屏障，确保写完成且后续读能看到新值
```
读屏障：
- 场景：当一个线程读取共享变量时，需确保读取的是最新值，而非本地缓存的旧值。
- 实现：
  在读操作前插入LoadLoad或LoadStore屏障，强制从主内存重新加载数据。
  示例：volatile变量的读操作会自动插入读屏障。
```
int y = x; // 读volatile变量x，插入LoadLoad屏障确保读取最新值
```

写屏障（GC Write Barrier）：
- 场景：在并发标记或移动式GC（如G1、ZGC）中，跟踪对象引用的修改，防止漏标或误标。
- 实现：
  当程序修改对象A的引用指向对象B时，写屏障记录此次修改（如将B加入标记队列）。
  示例：在CMS的并发标记阶段，写屏障用于记录跨代引用。
读屏障（GC Read Barrier）：
- 场景：在增量式GC或并发压缩（如Shenandoah）中，确保读取的引用是有效的。
- 实现：
  当程序读取对象引用时，读屏障检查该引用是否已被移动或无效，必要时触发修复逻辑。
  示例：ZGC使用读屏障实现染色指针，检查引用是否指向有效地址。

维度	写屏障	读屏障
触发时机	写操作（如赋值、字段更新）后触发。	读操作（如加载变量、访问字段）前触发。
硬件指令	对应`StoreStore`、`StoreLoad`屏障（如x86的`mfence`）。	对应`LoadLoad`、`LoadStore`屏障（如x86的`lfence`）。
性能开销	较高（需刷写缓存到内存）。	较低（仅需刷新本地缓存或加载最新值）。
典型应用	- `volatile`写 - 锁释放 - GC中的引用更新跟踪	- `volatile`读 - 锁获取 - GC中的引用有效性检查

写屏障：

volatile int sharedVar = 10;
// 写操作后插入StoreStore + StoreLoad屏障，确保：
// 1. 当前线程的写操作对其他线程可见。
// 2. 禁止与后续操作重排序。

读屏障：

int value = sharedVar; // 读操作前插入LoadLoad + LoadStore屏障，确保：
// 1. 从主内存加载最新值。
// 2. 禁止与之前操作重排序。

G1 GC的写屏障：
- 当对象A的字段从指向B改为指向C时，写屏障将旧引用B和新引用C加入SATB（Snapshot-At-The-Beginning）队列，供并发标记使用。
ZGC的读屏障：
- 读取对象引用时，检查指针元数据（颜色标记），若对象已被移动，则通过读屏障转发到新地址。

类型	优势	劣势
写屏障	确保数据修改的及时可见性，避免其他线程读取脏数据。	频繁写操作时性能损耗较大（如大量`volatile`写）。
读屏障	按需加载最新数据，减少不必要的内存同步开销。	读操作可能延迟（需等待屏障逻辑完成）。