剛看到這個(gè)詞的時(shí)候，我以為是白內(nèi)障，然后查了很多資料，才理解內(nèi)存屏障是干嘛的，我就不像很多其他文章說(shuō)得那么多了，我希望我說(shuō)得簡(jiǎn)單一些，讓大家看了我的文章都知道這個(gè)是怎么回事。

說(shuō)到內(nèi)存屏障，我們先從CPU性能優(yōu)化說(shuō)起

性能優(yōu)化的方法一，緩存

CPU的速度很快，到底有多快？我們就用光速來(lái)比喻CPU的執(zhí)行速度吧，反正就是執(zhí)行讀寫很快，但是CPU速度很快，內(nèi)存的速度很慢，怎么辦？

這時(shí)候，高速緩存出現(xiàn)了「先不抬杠說(shuō)寄存器哈」。比如有一個(gè)變量a ，CPU在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都需要使用它，如果把他放在內(nèi)存里面的話，每次讀寫的速度都很慢，這樣嚴(yán)重拖慢了CPU的執(zhí)行速度。

所以就出現(xiàn)了 緩存

緩存也是分類的，緩存分成了三類，我簡(jiǎn)單說(shuō)明下

緩存同步協(xié)議MESI如果在4個(gè)CPU在各自的L1 里面都有一個(gè)變量 i ，他們要把這個(gè)變量i寫入到內(nèi)存里面去，是以哪一個(gè)為準(zhǔn)呢？

這個(gè)時(shí)候就需要緩存的同步協(xié)議，每個(gè)cpu對(duì)緩存里面的變量操作的時(shí)候，要通知其他CPU，讓他們知道當(dāng)前的狀態(tài)。

CPU不僅需要發(fā)消息給其他CPU告訴他們狀態(tài)，同時(shí)也要接收其他CPU發(fā)出來(lái)的狀態(tài)。

這樣做的最終目的，就是為了保證CPU對(duì)變量操作的一致性。

CPU性能優(yōu)化的方法二，運(yùn)行時(shí)指令重排

指令重排是個(gè)有意思的事情，如果把CPU當(dāng)成是一個(gè)人的話，他也是有自己的意識(shí)的，存在意識(shí)的東西，就會(huì)存在自己做事情的方法，比如，我今天要去打籃球，還要去幫媽媽打醬油，我是先打籃球還是先打醬油，因?yàn)閭€(gè)人的意識(shí)不同，做事情的先后順序也存在差異。

為什么出現(xiàn)指令重排？如果有一個(gè)CPU，我們假設(shè)是CPU0吧，它在寫緩存的的某個(gè)區(qū)塊的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這個(gè)緩存位置剛好被CPU1正常操作，那他怎么辦？有兩種方法，一種是等待CPU1執(zhí)行結(jié)束后自己再執(zhí)行，還有一種方法就是先去干其他的事情，很明顯，CPU為了提高自己的性能，它會(huì)選擇第二種方法，就是先去干其他的事情，干其他的事情，就出現(xiàn)上面描述的情況，指令重排了。

所以我們會(huì)有一個(gè)疑問(wèn)？代碼是按照程序員的想法去執(zhí)行的呢？還是按照CPU的想法去執(zhí)行的呢？回答當(dāng)然是需要按照程序員的意識(shí)去執(zhí)行的。

所以要求，指令重排遵循as-if-serial語(yǔ)義這個(gè)是什么意思呢？就是說(shuō)指令重排的結(jié)果不能影響程序員預(yù)期的結(jié)果，比如上面的代碼，重排后就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，那么CPU就不能對(duì)指令進(jìn)行重排。

注意，上面所說(shuō)的as-if-serial語(yǔ)義針對(duì)的是單核CPU來(lái)說(shuō)

但是如果是下面的代碼

a = 100; b = c;

上面兩條語(yǔ)句不存在依賴關(guān)系，它們可以進(jìn)行指令重排，因?yàn)橹嘏藕蟛粫?huì)影響最后的執(zhí)行結(jié)果。

高速緩存和指令重排序(reordings)存在的問(wèn)題

緩存機(jī)制和指令重排都是為了CPU運(yùn)算的性能優(yōu)化。會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題。1、緩存和內(nèi)存的數(shù)據(jù)并不是時(shí)實(shí)同步的，同一個(gè)內(nèi)存地址，不同的CPU看到的內(nèi)存值是不一樣的。因?yàn)镃PU運(yùn)行速度很快，假設(shè)，CPU0 讀 地址 0x2345 的時(shí)候值為 1，這個(gè)時(shí)候，CPU1向 0x2345寫入了 2，CPU2再讀這個(gè)內(nèi)存 0x2345 的值的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)它變成2了。所以就有問(wèn)題了。

出現(xiàn)的問(wèn)題是同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，不同的CPU看到的同一個(gè)內(nèi)存地址數(shù)據(jù)不一樣

2、我們指令重排說(shuō)的as-if-serial語(yǔ)義只是針對(duì)單個(gè)CPU，那多個(gè)CPU呢？會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題

看下面的例子：

看上面圖片

CPU0 要執(zhí)行兩條指令，CPU1也要執(zhí)行兩條指令，但是如果他們執(zhí)行的先后順序不同，那么x和y的結(jié)果也將存在差異。

第一種情況如下圖執(zhí)行順序會(huì)導(dǎo)致 x = 0 , y = 1。

第二種情況如下圖執(zhí)行順序會(huì)導(dǎo)致 x =1，y = 0。第三種情況如下圖執(zhí)行順序會(huì)導(dǎo)致 x = 1,y=1。

結(jié)果跟程序員的預(yù)期不符合 出現(xiàn)的問(wèn)題是，多個(gè)CPU，也就是我們經(jīng)常所說(shuō)的SMP系統(tǒng)下，會(huì)出現(xiàn)結(jié)果和預(yù)期不一致的問(wèn)題

最后說(shuō)內(nèi)存屏障（Memory Barrier）

內(nèi)存屏障就是用來(lái)解決上面兩個(gè)問(wèn)題的。這個(gè)是CPU廠商來(lái)搞定的。

• 寫內(nèi)存屏障（Store Memory Barrier） 寫內(nèi)存屏障的意思就是在寫內(nèi)存的后面加入指令 Store Barrier ，如果CPU有讀的也有寫的，加了這條指令，就保證先執(zhí)行寫入而不去做指令重排，這種顯示調(diào)用可以讓其他線程看到。其他線程會(huì)等這個(gè)執(zhí)行結(jié)束后再去操作，既然是等待，那也是降低性能的，好吧，降低性能也是沒(méi)有辦法的事情了。

就拿上面的 圖片來(lái)說(shuō)明A = 1 B = 1 這兩個(gè)是寫操作，我們加上寫內(nèi)存屏障，即使其他CPU有讀的指令，我們需要等待這個(gè)寫完成后，再進(jìn)行讀操作。

• 讀內(nèi)存屏障 （Load Memory Barrier） 在讀指令之前插入Load Barrier，可以讓高速緩存中的數(shù)據(jù)失效，強(qiáng)制從內(nèi)存加載最新的數(shù)據(jù)，讓CPU緩存和主內(nèi)存保持一致，避免了緩存導(dǎo)致的一致性問(wèn)題。

void executedOnCpu0() {value = 10;/*在更新數(shù)據(jù)之前必須將所有存儲(chǔ)緩存（store buffer）中的指令執(zhí)行完畢。*/storeMemoryBarrier();finished = true; } void executedOnCpu1() {while(!finished);/*在讀取之前將所有失效隊(duì)列中關(guān)于該數(shù)據(jù)的指令執(zhí)行完畢。*/loadMemoryBarrier();assert value == 10; }

總結(jié)

CPU為了性能，發(fā)明了緩存和指令重排，但是又因?yàn)榫彺婧椭噶钪嘏懦霈F(xiàn)了新的問(wèn)題，因?yàn)樾碌膯?wèn)題出現(xiàn)，聰明的人類又發(fā)明了內(nèi)存屏障，之所謂，兵來(lái)將擋水來(lái)土掩就是這個(gè)道理。

文章是整理了自己看到資料的很多見(jiàn)解，后續(xù)會(huì)發(fā)新的文章進(jìn)一步講解，當(dāng)然了，或者也會(huì)不發(fā)，我就是一只漂亮的鴿子，我鴿呀鴿呀鴿，祝大家周末愉快。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的内存屏障，先看这篇文章的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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