背景

前一阵在看JAVA中关于Volatile的实现，往下深究引出内存屏障的概念，查了些资料感觉说的模模糊糊，结合其他文章和自己的一些思考，在脑中设计了几个例子，说明问题。

概念

什么是内存屏障 ？(把欠下的债都结清，然后再开始新的)
在CPU层面，CPU会对指令进行重排序以提高运行效率。这里的CPU包括单CPU，多核CPU。
在多核多CPU中（单核的不了解而且用的不多不考虑），在某些情况下，这种重排序后的CPU指令乱序执行会导致 “内存的乱序访问”，“内存的乱序访问” 会引发非预期的计算结果。因此，需要引入一种机制，使得在某指令执行前，其他的指令全部执行完毕后才能继续。或者在某指令执行完毕后，其他的指令才能继续执行。PS：上面的话有点绕？往后看后面的例子相信你多少能理解。

内存屏障的分类
不同的抽象层,内存屏障都有自己定义,基本大同小异。
在Intel CPU硬件层，内存屏障机制由lfence、sfence、mfence指令实现。
在汇编中，lock指令自带内存屏障语义。
在JAVA中，JMM标准中定义了四种内存屏障LL、SS、LS、SL。

lfence、sfence屏障指令的含义
Lfence中的L代表Load，Sfence中S代表Store，Mfence中M代表Mixed，包含前2者。
Store大概意思：从Cache存到Mem中。Load大概意思：从Mem读到Cache中。

sfence
一个线程执行下面的代码(伪代码):
int a = 0 ---------- 1
int b = 0; --------- 2
sfence ------------ 屏障指令
int x = 1; ---------- 4
解释（1，2，4号指令都是赋值写指令）：
在12指令和4指令中插入sfence屏障，4号指令执行前，1，2指令必须按顺序执行，且执行完毕后，4号指令才能执行。这里的Sfence具体指的是屏障前的写指令（1，2）必须将变量值从cache存到MEM中，后面写指令（4）才能执行。sfence对读操作不起作用。

lfence
同理，单线程执行下面的代码(伪代码):
int m = a ---------- 1
int n = b; --------- 2
lfence ------------ 屏障指令
int x = a; ---------- 4
int y = 10; --------5 赋值写指令
解释（1，2，4都是读写执行，因为读完了a,b的值才能赋值给m,n这里重点考虑读）：
当要将a,b分别赋值（写）给m,n时，需要先读，由于lfence指令，需要先将Cache中的a,b设置为失效（MESI中状态为I），然后从mem中重新按顺序读一次a,b的值到Cache中,赋值给m,n，都完事儿后，才能继续读a的值再赋值给x。5号指令是个写指令，因此lfence对5号指令不起作用，5号指令理论上可能会重排序后先于1或2或4执行。

lfence、sfence搭配使用
看过一些其他文章，里面说到了其实大多数情况下，lfence sfence都是搭配使用，如果不搭配用咋样？举个例子说明：

例1：
int x = 0; -------1 线程A
x = 1; --------- 2 线程A
sfence ------------ 屏障指令，只有写屏障
if ( x == 1 ) ---------- 3 线程B
{
…
}
解释：
1，2号指令是赋值（写）指令，3号指令是读指令; 线程A执行1，2，线程B执行3
1 2指令 和 3指令之间只有个sfence（写屏障）。
那么执行顺序就是1，2按顺序执行，3由于是读操作所以不受sfence影响，3有可能提前执行，因此线程B中执行的 if（x ==1）读到的x有可能是0，也可能是1。

假如只用lfence呢？
例2：
int x = 0; -------1 线程A
x = 1; --------- 2 线程A
lfence ------------ 屏障指令，只有读屏障
if ( x == 1 ) ---------- 3 线程B
{
…
}
解释：
1，2指令都不是读操作，因此不受lfence约束，3指令是读操作，因此3之前的读必须按顺序都读完才能执行3，在例2中一共就3条指令，3之前没有读操作了，因此实际执行顺序有可能是：312，123，对应x读到值可能是0，1。

解决方法：
1，2指令和3指令间插入mfence,mfence 结合lfence和sfence的语义：mfence之前的读写指令不能重排序，按顺序执行后，后面的读写指令才能继续执行。

备注：
所谓的sfence写屏障，重点是按顺序写且写完（写完的意思是从Cache写到Mem）
所谓的lfence读屏障，重点是按顺序读且读完（读完的意思当前Cache中旧数据失效，从Mem读到Cache）

关于JAVA中Volatile

在JAVA规范中规定：

1. 当读一个volatile变量时，需要在前面插入一个LL屏障，后面插入一个LS屏障。
2. 当赋值写一个volatile变量时，需要在前面插入一个SS屏障，后面插入SL屏障。

上面的鬼话啥意思？假设 int volatile a;我粗浅的理解：

1. a的值从MEM刷到Cache被其他CPU可读到前，其他所有从MEM刷到Cache的动作都要做完，当 a的值刷到了Cache 对其他CPU可见后, 其他CPU才能写（Lock自己的Cache 改了a再刷到MEM中）。
   2.a的值从Cache写到MEM前，其他所有从Cache写MEM的事儿都要做完，当a的值写到MEM后，其他CPU才能读（从MEM中读a到自己的Cache中）。