cpu上加入了高速缓存这样做解决了处理器和内存的矛盾(一快一慢),但是引来的新的问题 - 缓存一致性
在多核cpu中,每个处理器都有各自的高速缓存(L1,L2,L3),而主内存确只有一个 。
CPU要读取一个数据时,首先从一级缓存中查找,如果没有找到再从二级缓存中查找,如果还是没有就从三级缓存或内存中查找,每个cpu有且只有一套自己的缓存。
如何保证多个处理器运算涉及到同一个内存区域时,多线程场景下会存在缓存一致性问题,那么运行时保证数据一致性?
在CPU层面,内存屏障提供了个充分必要条件
CPU中,每个CPU又有多级缓存【上图统一定义为高速缓存】,一般分为L1,L2,L3,因为这些缓存的出现,提高了数据访问性能,避免每次都向内存索取,但是弊端也很明显,不能实时的和内存发生信息交换,分在不同CPU执行的不同线程对同一个变量的缓存值不同。
- 硬件层的内存屏障分为两种:
Load Barrier
和Store Barrier
即读屏障和写屏障。【内存屏障是硬件层的】
为什么需要内存屏障
由于现代操作系统都是多处理器操作系统,每个处理器都会有自己的缓存,可能存再不同处理器缓存不一致的问题,而且由于操作系统可能存在重排序,导致读取到错误的数据,因此,操作系统提供了一些内存屏障以解决这种问题.
简单来说:
1.在不同CPU执行的不同线程对同一个变量的缓存值不同,为了解决这个问题。
2.用volatile可以解决上面的问题,不同硬件对内存屏障的实现方式不一样。java屏蔽掉这些差异,通过jvm生成内存屏障的指令。对于读屏障:在指令前插入读屏障,可以让高速缓存中的数据失效,强制从主内存取。
内存屏障的作用
cpu执行指令可能是无序的,它有两个比较重要的作用
1.阻止屏障两侧指令重排序
2.强制把写缓冲区/高速缓存中的脏数据等写回主内存,让缓存中相应的数据失效。
volatile型变量
当我们声明某个变量为volatile修饰时,这个变量就有了线程可见性,volatile通过在读写操作前后添加内存屏障。
volatile型变量拥有如下特性
可见性,对于一个该变量的读,一定能看到读之前最后的写入。防止指令重排序,执行代码时,为了提高执行效率,会在不影响最后结果的前提下对指令进行重新排序,使用volatile可以防止,比如单例模式双重校验锁的创建中有使用到,如(https://www.jianshu.com/p/b30a4d568be4) 注意的是volatile不具有原子性,这里感谢大家的指正,