内存屏障

内存屏障（Memory Barrier）又称内存栅栏，是一个CPU指令，它的作用有两个：

• 保证特定操作的顺序
• 保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile的内存可见性）

volatile 变量修饰符

        volatile 关键字是一种类型修饰符，被它声明的类型变量表示可以被某些编译器未知的因素更改，比如：操作系统、硬件或者其它线程等。遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问。声明时语法如下：

 int volatile vInt;

volatile修饰的变量特性

1）保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的。
2）禁止进行指令重排序

        如何实现可见性，首先被volatile关键字修饰的共享变量在转换成汇编语言时，会加上一个以lock为前缀的指令，当CPU发现这个指令时，立即做两件事：

1.将当前内核高速缓存行的数据立刻回写到内存；

2.使在其他内核里缓存了该内存地址的数据无效。

MESI协议：缓存一致性协议，该协议解决缓存一致性的思路是：当CPU写数据时，如果发现操作的变量是共享变量，即在其他CPU中也存在该变量的副本，那么他会发出信号通知其他CPU将该变量的缓存行设置为无效状态。当其他CPU使用这个变量时，首先会去嗅探是否有对该变量更改的信号，当发现这个变量的缓存行已经无效时，会从新从内存中读取这个变量。
 

        如何实现禁止指令重排序，由于编译器和处理器都能执行指令重排的优化，如果在指令间插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU，不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排序，也就是说 通过插入内存屏障禁止在内存屏障前后的指令执行重排序优化。 内存屏障另外一个作用是刷新出各种CPU的缓存数，因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。

volatile优缺点

 使用volatile的好处：从底层实现原理我们可以发现，volatile是一种非锁机制，这种机制可以避免锁机制引起的线程上下文切换和调度问题。因此，volatile的执行成本比synchronized更低。

  volatile的不足：使用volatile关键字，可以保证可见性，但是却不能保证原子操作

线程安全获得保证

工作内存与主内存同步延迟现象导致的可见性问题

• 可通过synchronized或volatile关键字解决，他们都可以使一个线程修改后的变量立即对其它线程可见

对于指令重排导致的可见性问题和有序性问题

• 可以使用volatile关键字解决，因为volatile关键字的另一个作用就是禁止重排序优化

Volatile关键字常用的场景

通常volatile关键字被用于以下的几个地方：
1、中断服务程序中修改的供其它部分程序检测的共享变量。
2、多任务环境下各个任务的共享标志应该加volatile。
3、存储器的硬件寄存器需要加volaile说明，因为对它的每次读写都有不同的含义。