多线程（54）JMM中的内存屏障

ゞ浴缸里的玫瑰 2024-04-24 23:16 59阅读 0赞

Java内存模型（JMM）中的内存屏障是一种保证内存可见性、顺序性的底层机制。它们是一组指令，用于在多线程环境中确保内存操作的有序性和可见性。内存屏障主要分为四类：LoadLoad、StoreStore、LoadStore和StoreLoad。

#### 内存屏障的类型 ####

1.  **LoadLoad屏障**：确保LoadLoad屏障前的读操作不会被重排序到屏障后的读操作之后。
2.  **StoreStore屏障**：确保StoreStore屏障前的写操作不会被重排序到屏障后的写操作之后。
3.  **LoadStore屏障**：确保LoadStore屏障前的读操作不会被重排序到屏障后的写操作之后。
4.  **StoreLoad屏障**：确保StoreLoad屏障前的写操作不会被重排序到屏障后的读操作之后。这是最强的一种屏障，因为它同时阻止了前方的写和读操作被重排序到屏障之后。

#### 内存屏障在Java中的应用 ####

在Java中，volatile变量的读写，synchronized的锁的获取与释放，以及final字段的写操作，都会涉及到内存屏障的使用，来保证操作的有序性和可见性。

##### volatile变量 #####

*  **写volatile变量**：在写volatile变量之后，会插入一个StoreStore屏障，保证写操作之前的所有普通写（非volatile写）都完成；还会插入一个StoreLoad屏障，确保之后所有的读写操作都能看到这个volatile写。
 *  **读volatile变量**：在读volatile变量之前，会插入一个LoadLoad屏障，以及一个LoadStore屏障，确保volatile读操作之前的所有读操作都完成。

##### synchronized #####

*  **进入synchronized块**：会插入一个LoadLoad屏障和一个LoadStore屏障，确保后续的读操作可以看到之前已经发生的写操作。
 *  **退出synchronized块**：会插入一个StoreStore屏障和一个StoreLoad屏障，保证锁释放之前的所有操作（包括所有的读写操作）都完成。

#### 代码演示 ####

Java代码本身并不直接操作内存屏障，但可以通过`Unsafe`类来模拟内存屏障的效果。以下是一个简化的示例，不是直接在Java代码中使用的实际模式，因为JMM的内存屏障是自动管理的。

class MemoryBarrierExample {
        
        private volatile int flag = 0;
        private int ordinaryVar = 1;
    
        public void write() {
        
            ordinaryVar = 2; // 普通写操作
            flag = 1; // volatile写，带有StoreStore屏障和StoreLoad屏障
        }
    
        public void read() {
        
            int localFlag = flag; // volatile读，带有LoadLoad屏障和LoadStore屏障
            int localVar = ordinaryVar; // 普通读操作
            System.out.println("localFlag: " + localFlag + ", localVar: " + localVar);
        }
    }

这个例子中，`write`方法先进行了一个普通的写操作，然后写入了一个volatile变量，这将插入必要的内存屏障。`read`方法首先读取了volatile变量，确保所有之前的写操作对当前线程可见，然后再进行普通的读操作。

#### 总结 ####

虽然Java程序员在编写日常代码时不直接与内存屏障打交道，了解内存屏障的工作原理对于理解JMM的内存可见性和操作的有序性至关重要。通过对volatile变量的操作、synchronized块的进入和退出，以及final字段的写操作，Java在底层自动插入相应的内存屏障，从而保证多线程环境中的内存一致性和线程安全。