jmm-内存屏障

在Java内存模型（JMM）中，内存屏障（Memory Barrier）是一种同步机制，用于确保特定的内存操作顺序，并保证内存可见性。内存屏障通过阻止处理器和编译器对内存操作进行重排序，从而避免多线程编程中可能出现的内存可见性问题。

整体介绍

Java规范定义了几种类型的内存屏障，主要分为以下几类：

1. LoadLoad屏障：在 Load1; LoadLoad; Load2 这样的序列中，确保 Load1 数据的装载先于 Load2 及所有后续装载指令的装载。这意味着在 LoadLoad 屏障之前的读操作必须在 LoadLoad 屏障之后的读操作之前完成。
2. StoreStore屏障：在 Store1; StoreStore; Store2 这样的序列中，确保 Store1 的数据对其他处理器可见（刷新到主内存），先于 Store2 及所有后续存储指令的存储。即 StoreStore 屏障之前的写操作必须在 StoreStore 屏障之后的写操作之前完成并对其他处理器可见。
3. LoadStore屏障：在 Load1; LoadStore; Store2 这样的序列中，确保 Load1 数据的装载先于 Store2 及所有后续存储指令的存储。也就是 LoadStore 屏障之前的读操作必须在 LoadStore 屏障之后的写操作之前完成。
4. StoreLoad屏障：在 Store1; StoreLoad; Load2 这样的序列中，确保 Store1 的数据对其他处理器可见（刷新到主内存），先于 Load2 及所有后续装载指令的装载。这是最强大的内存屏障，因为它同时包含了写操作的完成和读操作的开始顺序保障，且会使处理器的高速缓存失效，强制从主内存读取数据。

表格对照

解析

1. LoadLoad屏障：
   • 目的：防止处理器将 LoadLoad 屏障之后的读操作重排序到屏障之前，确保读操作的顺序性。
   • 示例：假设在多线程环境下，一个线程先读取共享变量 a，然后通过 LoadLoad 屏障，再读取共享变量 b。如果没有 LoadLoad 屏障，处理器可能会尝试将对 b 的读取操作提前执行，但有了 LoadLoad 屏障，就保证了先读取 a，再读取 b。
2. StoreStore屏障：
   • 目的：防止处理器将 StoreStore 屏障之后的写操作重排序到屏障之前，确保写操作对其他处理器的可见性顺序。
   • 示例：在一个线程中，先对共享变量 x 进行赋值，然后通过 StoreStore 屏障，再对共享变量 y 进行赋值。StoreStore 屏障保证了对 x 的赋值先对其他处理器可见，然后才是对 y 的赋值。
3. LoadStore屏障：
   • 目的：防止处理器将 LoadStore 屏障之后的写操作重排序到屏障之前的读操作之前，确保读操作先于写操作完成。
   • 示例：当一个线程先读取共享变量 m，然后通过 LoadStore 屏障，再对共享变量 n 进行赋值时，LoadStore 屏障保证了读取 m 的操作完成后，才会进行对 n 的赋值操作。
4. StoreLoad屏障：
   • 目的：这是最强大的内存屏障，它不仅防止了写操作和读操作的重排序，还保证了写操作完成后，后续的读操作能获取到最新的数据。因为它会使处理器的高速缓存失效，强制从主内存读取数据。
   • 示例：在一个线程中，先对共享变量 p 进行赋值，然后通过 StoreLoad 屏障，再读取共享变量 q。StoreLoad 屏障保证了对 p 的赋值操作完成并对其他处理器可见后，才会读取 q，并且读取 q 时能获取到最新的值。

在Java中，volatile 关键字的实现就利用了内存屏障。对 volatile 变量的读操作相当于有一个 LoadLoad 和 LoadStore 屏障，而写操作相当于有一个 StoreStore 和 StoreLoad 屏障，从而保证了 volatile 变量的可见性和禁止指令重排序的特性。同样，synchronized 关键字在进入和退出同步块时也会有类似内存屏障的效果，以确保同步块内操作的内存可见性和顺序性。