内存屏障相关理解

 

我们都知道Volidate的作用主要有两个：1 解决共享变量的可见性问题  2 防止指令重排序

 

 

一、在多核CPU下，计算机的现状与问题，以及如何使用MESI协议，内存屏障来解决问题的

    串联概念：引入多核CPU、寄存器、高速缓存，StoreBuffer、主存等概念

   一台计算机核心组件为CPU、内存、IO设备，但是这三者之间的速度相差很大，为了解决三者处理速度的差异，计算机做了很多优化

1.   CPU增加了高速缓存，增加CPU获取数据的速度
2. 操作系统引入进程和线程，然后对CPU时间进行切片，当时间片轮转的时候执行不同的进程和线程，增加CPU的使用率
3. 增加指令优化，以便更合理的使用高速缓存

优化以后的计算机中CPU和缓存之间的关系如下图：

 

 

CPU和主存之间引入了高速缓存，CPU计算的时候执行流程为：

1. CPU计算需要的数据从主存中加载到高速缓存中
2. CPU计算数据从高速缓存中直接读取，然后计算
3. 计算完成后将数据写回高速缓存
4. 数据从高速缓存写回主存

 

当每个CPU运行不同的线程，每个线程都会缓存一份计算所需要的数据，当有多个线程同时对一个共享数据进行更改时候，就会出现数据不一致的问题

为了解决数据不一致问题引入了MESI协议（不同CPU协议不同），大概的流程为：

场景：CPU两个核：Core1 ，Core2 ，同时用到共享变量 v1，流程为

1.  Core1 对数据v1进行了修改后，发送一个信号给Core2使其缓存v1失效，并且将v1写回到主存中
2. Core2使用共享变量v1的时候发现缓存失效，则从主存中加载共享变量

 

这样解决了多核CPU共享数据的一致性问题，但是每次发送同步信号给其他Core的时候是同步的，进一步优化引入了StoreBuffer，进行异步处理

加入异步处理的时候，现在的流程变成这个样子：

 

1.  Core1 对数据v1进行了修改后，异步发送一个信号给Core2使其缓存v1失效，并且数据放到StoreBuffer中，Core1可以继续执行其它指令
2.  Core2使用共享变量v1的时候发现缓存失效，则从主存中加载共享变量

 

新问题：异步的时候，如果Core2一直很繁忙，则数据就不能设置为失效，也不能同步到主存中，这时候引入内存屏障，当Core1发现对应的变量使用内存屏障修饰，则强制将数据刷新到主存中，使所有的Core对数据可见。

 

 

二、volidate中如何使用内存屏障来解决问题的

 

        Volidate关键字修饰的共享变量，在字节码中会生成一个Lock指令，当Jvm进行解析的时候会判断是否为Volidate修饰，如果是volidate修饰则调用OrderAccess::storeload();来进行内存屏障设置，内部使用fence

 

三、可见性问题本质

    可见性本质是缓存和指令重排序导致的，

    Java层面上的JMM，提出了一些关键字和原则很好的解决可见性问题：如volidate和synchronize

 

 

四、主要参考

    https://juejin.im/post/6844903959107207175

 

 

五、idea查看class编译后的字节码的插件

 

 

1）查看java编译后的字节码：idea插件jclasslib

 

2）查看java字节码JDK插件 hsdis-amd64.dll ：

    插件地址：https://github.com/atzhangsan/file_loaded

       使用：下载的dll放到jdk的Java\jdk1.8.0_73\jre\bin目录中

      启动方法中添加：  -server -Xcomp -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+PrintAssembly -XX:CompileCommand=compileonly,*Bar.sum