java内存屏障
为什么会有内存屏障
- 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。
- 用volatile关键字修饰变量可以解决上述问题，那么volatile是如何做到这一点的呢？那就是内存屏障，内存屏障是硬件层的概念，不同的硬件平台实现内存屏障的手段并不是一样，java通过屏蔽这些差异，统一由jvm来生成内存屏障的指令。
内存屏障是什么
- 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。 - 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。
- 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。
java内存屏障
- java的内存屏障通常所谓的四种即
LoadLoad,StoreStore,LoadStore,StoreLoad实际上也是上述两种的组合，完成一系列的屏障和数据同步功能。 - 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保守，非常悲观且毫无安全感的心态：
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；
- 由于内存屏障的作用，避免了volatile变量和其它指令重排序、线程之间实现了通信，使得volatile表现出了锁的特性。
- 适合使用volatile变量的使用条件（必须满足所有条件）：
1、对变量的写操作不依赖变量的当前值，或者你能确保只有单线程更新变量的值。（简单来说就是单线程写，多线程读的场景）
2、该变量不会与其他状态变量一起纳入不变性条件中。
3、在访问变量时不需要加锁。（如果要加锁的话用普通变量就行了，没必要用volatile了）
final语义中的内存屏障
- 对于final域，编译器和CPU会遵循两个排序规则：
- 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；
- 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；（意思就是先赋值引用，再调用final值）
- 总之上面规则的意思可以这样理解，必需保证一个对象的所有final域被写入完毕后才能引用和读取。这也是内存屏障的起的作用：
- 写final域：在编译器写final域完毕，构造体结束之前，会插入一个StoreStore屏障，保证前面的对final写入对其他线程/CPU可见，并阻止重排序。
- 读final域：在上述规则2中，两步操作不能重排序的机理就是在读final域前插入了LoadLoad屏障。
- X86处理器中，由于CPU不会对写-写操作进行重排序，所以StoreStore屏障会被省略；而X86也不会对逻辑上有先后依赖关系的操作进行重排序，所以LoadLoad也会变省略。
内存间同步操作
一个变量如何从主内存拷贝到工作内存,从工作内存同步回主内存的实现细节 JMM定义了以下8种操作来完成，都具备原子性
- lock(锁定) 作用于主内存变量，把一个变量标识为一条线程独占的状态
- unlock(解锁) 作用于主内存变量，把一个处于锁定状态的变量释放,释放后的变量才可以被其它线程锁定 unlock之前必须将变量值同步回主内存
- read(读取) 作用于主内存变量，把一个变量的值从主内存传输到工作内存，以便随后的load
- load(载入) 作用于工作内存变量，把read从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本
- use(使用) 作用于工作内存变量，把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎，每当虚拟机遇到一个需要使用到的变量的值得字节码指令时将会执行这个操作
- assign(赋值) 作用于工作内存变量，把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存的变量，每当虚拟机遇到一个给变量赋值的字节码指令时执行这个操作
- store(存储) 作用于工作内存变量，把工作内存中一个变量的值传送到主内存，以便随后的write操作使用
- write(写入) 作用于主内存变量，把store操作从工作内存中得到的值放入主内存的变量中
参考资料：