简述内存屏障及其类型。

八股文_JVM面试题 0 99

参考回答：

内存屏障（Memory Barrier） 是一种用于控制 CPU 指令执行顺序的机制。它是为了确保在多线程程序中，不同线程对共享数据的操作按照预期顺序发生，避免由于 CPU 和编译器的优化（如指令重排序）导致的问题。

内存屏障可以分为以下几种类型：

Load Barrier（加载屏障）：它保证屏障前的加载操作（读取操作）一定在屏障后的加载操作之前执行。也就是说，所有在屏障之前的读操作必须完成后，才允许屏障之后的读操作执行。
Store Barrier（存储屏障）：它保证屏障前的存储操作（写入操作）一定在屏障后的存储操作之前执行。也就是说，所有在屏障之前的写操作必须完成后，才允许屏障之后的写操作执行。
Full Barrier（全屏障）：也称为 Memory Fence，它结合了 Load Barrier 和 Store Barrier 的效果，保证屏障前的所有操作（无论是读还是写）都必须在屏障后的所有操作之前完成。它最为强大，能够防止在多线程环境中发生不希望的重排序。

详细讲解与拓展：

1. Load Barrier（加载屏障）：

加载屏障确保在屏障之前的读操作不会被屏障之后的读操作重排序。它能够保证加载操作的顺序，但不强制执行写操作的顺序。

例如：

// Load Barrier 确保屏障前的读操作先执行
x = a;
y = b;  // 使用加载屏障，确保读取 a 先于 b

在这个例子中，如果没有内存屏障，处理器可能会重新排序 a 和 b 的读取顺序，导致读取的值不符合预期。

2. Store Barrier（存储屏障）：

存储屏障确保在屏障之前的写操作一定在屏障之后的写操作之前完成。它保证写入操作的顺序。

例如：

// Store Barrier 确保屏障前的写操作先执行
a = 1;
b = 2;  // 使用存储屏障，确保写入 1 先于 2

没有存储屏障的情况下，写入 a 和 b 的顺序可能会被重排序，导致线程 A 和线程 B 看到不一致的数据。

3. Full Barrier（全屏障）：

全屏障是最强的屏障类型，它不仅防止读取操作的重排序，还防止写入操作的重排序。它确保在屏障前的所有操作都完成后，才允许屏障后的操作执行。

例如：

// Full Barrier 保证在执行后续操作前，先完成之前的所有操作
a = 1;
b = 2;
MemoryBarrier();  // 保证在此屏障前的所有写操作先执行
c = 3;

全屏障通常用于需要保证强一致性的场景，特别是多线程程序中，涉及到对共享变量的操作时。

内存屏障在 Java 中的应用：

在 Java 中，volatile 和 synchronized 等关键字都通过底层的内存屏障来确保正确的顺序执行：
– volatile：保证对 volatile 变量的读写操作有内存屏障，确保其值在多个线程中保持一致性。
– synchronized：通过加锁和释放锁来引入内存屏障，确保临界区内的操作顺序不被破坏。

总结：

内存屏障是控制指令重排序的一种机制，它通过不同类型的屏障（如加载屏障、存储屏障和全屏障）来确保多线程程序中的操作按预期顺序执行。它在 Java 中通过 volatile 和 synchronized 等机制实现，从而保障程序的正确性和一致性。