為什么會有內存屏障
- 每個CPU都會有自己的緩存（有的甚至L1,L2,L3），緩存的目的就是為了提高性能，避免每次都要向內存取。但是這樣的弊端也很明顯：不能實時的和內存發生信息交換，分在不同CPU執行的不同線程對同一個變量的緩存值不同。
- 用volatile關鍵字修飾變量可以解決上述問題，那么volatile是如何做到這一點的呢？那就是內存屏障，內存屏障是硬件層的概念，不同的硬件平台實現內存屏障的手段並不是一樣，java通過屏蔽這些差異，統一由jvm來生成內存屏障的指令。
內存屏障是什么
- 硬件層的內存屏障分為兩種：
Load Barrier和Store Barrier即讀屏障和寫屏障。 - 內存屏障有兩個作用：
- 阻止屏障兩側的指令重排序；
- 強制把寫緩沖區/高速緩存中的臟數據等寫回主內存，讓緩存中相應的數據失效。
- 對於Load Barrier來說，在指令前插入Load Barrier，可以讓高速緩存中的數據失效，強制從新從主內存加載數據；
- 對於Store Barrier來說，在指令后插入Store Barrier，能讓寫入緩存中的最新數據更新寫入主內存，讓其他線程可見。
java內存屏障
- java的內存屏障通常所謂的四種即
LoadLoad,StoreStore,LoadStore,StoreLoad實際上也是上述兩種的組合，完成一系列的屏障和數據同步功能。 - LoadLoad屏障：對於這樣的語句Load1; LoadLoad; Load2，在Load2及后續讀取操作要讀取的數據被訪問前，保證Load1要讀取的數據被讀取完畢。
- StoreStore屏障：對於這樣的語句Store1; StoreStore; Store2，在Store2及后續寫入操作執行前，保證Store1的寫入操作對其它處理器可見。
- LoadStore屏障：對於這樣的語句Load1; LoadStore; Store2，在Store2及后續寫入操作被刷出前，保證Load1要讀取的數據被讀取完畢。
- StoreLoad屏障：對於這樣的語句Store1; StoreLoad; Load2，在Load2及后續所有讀取操作執行前，保證Store1的寫入對所有處理器可見。它的開銷是四種屏障中最大的。在大多數處理器的實現中，這個屏障是個萬能屏障，兼具其它三種內存屏障的功能
volatile語義中的內存屏障
- volatile的內存屏障策略非常嚴格保守，非常悲觀且毫無安全感的心態：
在每個volatile寫操作前插入StoreStore屏障，在寫操作后插入StoreLoad屏障；
在每個volatile讀操作前插入LoadLoad屏障，在讀操作后插入LoadStore屏障；
- 由於內存屏障的作用，避免了volatile變量和其它指令重排序、線程之間實現了通信，使得volatile表現出了鎖的特性。
final語義中的內存屏障
- 對於final域，編譯器和CPU會遵循兩個排序規則：
- 新建對象過程中，構造體中對final域的初始化寫入和這個對象賦值給其他引用變量，這兩個操作不能重排序；
- 初次讀包含final域的對象引用和讀取這個final域，這兩個操作不能重排序；（意思就是先賦值引用，再調用final值）
- 總之上面規則的意思可以這樣理解，必需保證一個對象的所有final域被寫入完畢后才能引用和讀取。這也是內存屏障的起的作用：
- 寫final域：在編譯器寫final域完畢，構造體結束之前，會插入一個StoreStore屏障，保證前面的對final寫入對其他線程/CPU可見，並阻止重排序。
- 讀final域：在上述規則2中，兩步操作不能重排序的機理就是在讀final域前插入了LoadLoad屏障。
- X86處理器中，由於CPU不會對寫-寫操作進行重排序，所以StoreStore屏障會被省略；而X86也不會對邏輯上有先后依賴關系的操作進行重排序，所以LoadLoad也會變省略。
轉自: https://www.jianshu.com/p/2ab5e3d7e510
JMM模型
JMM 全稱是 Java Memory Model. 什么是 JMM 呢？ 通過前面的分析發現，導致可見性問題的根本原因是緩存 以及重排序。 而 JMM 實際上就是提供了合理的禁用緩存 以及禁止重排序的方法。所以它最核心的價值在於解決可 見性和有序性。
它解決了 CPU 多級緩存、處理器優化、指令重排序 導致的內存訪問問題，保證了並發場景下的可見性。
需要注意
JMM 並沒有限制執行引擎使用處理器的寄 存器或者高速緩存來提升指令執行速度，也沒有限制編譯 器對指令進行重排序，也就是說在 JMM 中，也會存在緩存 一致性問題和指令重排序問題。只是 JMM 把底層的問題抽 象到 JVM 層面，再基於 CPU 層面提供的內存屏障指令， 以及限制編譯器的重排序來解決並發問題
JMM 抽象模型分為
主內存、工作內存；主內存是所有線程 共享的，一般是實例對象、靜態字段、數組對象等存儲在 堆內存中的變量。工作內存是每個線程獨占的，線程對變 量的所有操作都必須在工作內存中進行，不能直接讀寫主 內存中的變量，線程之間的共享變量值的傳遞都是基於主 內存來完成
Java 內存模型底層實現可以簡單的認為：通過內存屏障 (memory barrier)禁止重排序，即時編譯器根據具體的底層 體系架構，將這些內存屏障替換成具體的 CPU 指令。對 於編譯器而言，內存屏障將限制它所能做的重排序優化。 而對於處理器而言，內存屏障將會導致緩存的刷新操作。 比如，對於 volatile，編譯器將在 volatile 字段的讀寫操作 前后各插入一些內存.
JMM 是如何解決可見性有序性問題的
簡單來說，JMM 提供了一些禁用緩存以及進制重排序的方 法，來解決可見性和有序性問題。這些方法大家都很熟悉：
volatile、synchronized、final.等.
從源代碼到最終執行的指令，可能會經過三種重排序。
- 編譯器的重排序，JMM 提供了禁止特定類型的編譯器重排 序。
- 處理器重排序，JMM 會要求編譯器生成指令時，會插入內 存屏障來禁止處理器重排序