内存屏障

引入

我们知道 volatile 能保证 JMM约束的 可见性和有序性。

关于有序性，到底该如何理解？

有序性的根本保证，就是 禁止指令重排序

重排序：

重排序是指 编译器和处理器 为了优化程序性能 而对指令序列进行重新排序的一种手段,有时候会改变程序语句的先后顺序。

• 不存在数据依赖关系，可以重排序
• 存在数据依赖关系，禁止重排序
  但是重排序后的指令，绝不能改变原有的串行语义，这点在并发编程中 重点考虑

概念

内存屏障
也称为内存栅栏，屏障指令等，是一类同步屏障指令 ，是CPU或编译器在对内存随机访问的操作中的一个同步点，使得此点之前的所有读写操作都执行后，才可以执行此点之后的操作。避免了代码重排序。

内存屏障其实是一种JVM指令，java内存模型的重排规则会要求Java编译器在生成JVM指令时 插入特定的内存屏障指令，通过这些内存屏障指令，volatile实现了java内存模型中的可见性和有序性(禁止重排序)，但Volatile无法保证原子性。

• 内存屏障之前的所有写操作 都要写回到主内存
• 内存屏障之后的所有读操作 都能获得内存屏障之前的所有写操作的最新结果(实现可见性)

因此重排序时，不允许把内存屏障之后的指今重排序到内存屏障之前。一句话，对一个volatie变量的写，先行发生于任意后续对这个volatile变量的读，也叫写后读。

内存屏障的分类

前文介绍的 happens-before 先行发生原则，类似接口规范，那么 我们如何对此规范进行落地实现？

实现它的 就是 内存屏障

内存屏障 可以分为 读屏障 (Load Barrier) 和 写屏障(Store Barrier)

• 读屏障 (Load Barrier)
  在读指令之前插入读屏障，让工作内存或CPU高速缓存当中的缓存数据失效，重新回到主内存中获取最新数据
• 写屏障(Store Barrier)
  在写指令之后插入写屏障，强制把写缓冲区的数据刷回到主内存中

我们对这个屏障进行源码分析 看看它到底是什么样子的
源码下载连接如下：
openJDK8u

unsafe.class

OrderAccess.hpp

屏障的真实底层处理内容 是汇编语句

对二者进一步划分 可以划分为：

• 读读屏障(LoadLoad)
• 读写屏障(LoadStore)
• 写写屏障(StoreStore)
• 写读屏障(StoreLoad)

我们整理一下 关于JMM、重排序的思路

1. 重排序有可能影响程序的执行和实现，因此，我们有时候希望告诉JVM你别“自作聪明”给我重排序，我这里不需要排序，听主人的。
2. 对于编译器的重排序，JMM会根据重排序的规则，禁止特定类型的编译器重排序。（happen-before）
3. 对于处理器的重排序，Java编译器在生成指令序列的适当位置，插入内存屏障指令，来禁止特定类型的处理器排序。

我们通过一个Demo 来更具象的理解：

/*** @Title:* @Description: TODO* @author: Alex* @Version:* @date 2023-02-17-0:43*/
public class FenceDemo {volatile static int a = 1;public static void main(String[] args) {new Thread(() -> {while (true) {//第一个操作是volatile读System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" +" get a value before every operations= " + a);if (a > 1) {//第三个操作是volatile读System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t" +"second get a value = " + a); //loadbreak;}}}, "t1").start();new Thread(() -> {synchronized (FenceDemo.class) {//第二个操作是 volatile写  之间存在内存屏障 LoadStore 不能发生指令重排a++;  //store (存在间隙 注意非原子性)}}, "t2").start();}
}

输出结果如下：

t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	 get a value before every Load= 1
t1	second get a value = 2

这个例子符合了我们预想的，

1. 先读读看a 的值是 多少？ load1
2. 修改a的值 store2
3. 判定a>1 再次去执行 读操作 load3

load 1       //volatile读操作
LoadStore      读写屏障 保证先读到初值，而不是被修改后的值(防止load1被重排)
store2      //volatile 写操作
StoreLoad     //写读屏障 防止后续读操作，读到未被正确修改的值
load3     //volatile读操作

形象的总结：
一锅汤，我先尝尝咸淡(load1) ,味道淡了，加点盐(store2), 再去常常咸淡(load3)

这样一系列操作，也是符合常理的，如果先加盐，再尝咸淡，那就离谱了。

下一步，我们加深案例难度：
如果出现普通读呢？

//TODO
01点34分 2023年2月17日