内存屏障(Memory Barrier),也称为内存栅栏或内存栅障,是一种同步机制,用于确保在多线程环境中共享变量的可见性和有序性。内存屏障主要有两种类型:读屏障和写屏障。

1. 读屏障(Read Barrier):

读屏障确保在读取共享变量之前,先刷新本地缓存,以获取最新的值。它主要用于解决可见性问题,确保一个线程读取到的是其他线程最新的写入。

2. 写屏障(Write Barrier):

写屏障用于确保在写入共享变量之后,将变更同步到主内存,以保证其他线程能够立即看到该变更。它主要用于解决可见性和有序性问题,确保一个线程的写入对其他线程是可见的且有序的。

应用场景:

  1. 禁止指令重排序: 内存屏障可以防止编译器和处理器对指令进行重排序,保证代码执行的顺序符合预期。
  2. 保证可见性: 内存屏障确保共享变量的读写操作在多线程环境中是可见的。
  3. 实现同步控制: 内存屏障在锁的实现中发挥重要作用,确保线程在进入和退出同步块时,正确地获取和释放锁。

例子:

在Java中,volatile 关键字的读写操作就包含了内存屏障的特性。使用 volatile 修饰的变量,在写入时会插入写屏障,确保写入的值对其他线程是可见的;在读取时会插入读屏障,确保读取到的是最新的值。

public class SharedResource {
    private volatile int sharedValue;

    public void writeSharedValue(int newValue) {
        sharedValue = newValue; // 写操作包含写屏障
    }

    public int readSharedValue() {
        return sharedValue; // 读操作包含读屏障
    }
}

需要注意的是,内存屏障的具体实现与硬件和操作系统相关,不同的体系结构可能有不同的实现方式。在Java中,通过java.util.concurrent包提供的工具类,如 java.util.concurrent.locks.LockSupportjava.util.concurrent.CountDownLatch 等,以及并发框架的内部实现,也涉及了内存屏障的使用。

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