多线程Java内存模型volatile和x86

Question

我试图理解java volatile的本质及其语义，以及它与底层架构和指令的转换。如果我们考虑以下博客和资源

fences generated for volatile、What gets generated for read/write of volatile和Stack overflow question on fences

以下是我收集的信息：

• volatile read在其后面插入loadStore/LoadLoad屏障（x86上的LFENCE指令）
• 它防止在后续写入/加载时对加载进行重新排序
• 它应该保证加载由其他线程修改的全局状态，即在完成后，其他线程对其CPU上的当前线程所做的状态修改是可见的

我很难理解的是：Java在x86上不发出LFENCE i、 e.读取挥发性物质不会导致LFENCE。。。。我知道x86的内存顺序防止了LOD/stored加载的重新排序，所以第二个要点已经解决了。但是，我假设，为了使该线程能够看到状态，应该发出LFENCE指令，以确保在执行围栏后的下一条指令之前（根据英特尔手册），所有加载缓冲区都已耗尽。我知道x86上有cahce一致性协议，但volatile read应该仍然会耗尽缓冲区中的任何负载，不是吗

Answer 1

X86提供TSO。因此，在硬件层面上，您可以免费获得以下障碍[Load][LoadStore][StoreStore]。唯一缺少的是[StoreLoad]

负载已获得语义

r1=X
[LoadLoad]
[LoadStore]

商店有发布语义

[LoadStore]
[StoreStore]
Y=r2

如果你先做一个商店，然后再做一次装载，你最终会得到以下结果：

[LoadStore]
[StoreStore]
Y=r2
r1=X
[LoadLoad]
[LoadStore]

问题是加载和存储仍然可以重新排序，因此顺序不一致；这对于Java内存模型是必需的。他们唯一能防止这种情况的方法是使用[StoreLoad]

[LoadStore]
[StoreStore]
Y=r2
[StoreLoad]
r1=X
[LoadLoad]
[LoadStore]

最符合逻辑的地方是将其添加到写入中，因为通常读取比写入更频繁。因此，写作将变成：

[LoadStore]
[StoreStore]
Y=r2
[StoreLoad]

因为X86提供了TSO，所以以下围栏可以是无操作的：

[LoadLoad][LoadStore][storestorestore]

所以唯一相关的是[StoreLoad]，这可以通过MFENCE或lock addl %(RSP),0来实现

LFENCE和SFENCE与这种情况无关。LFENCE和SFENCE用于弱有序的负载和存储（例如SSE的负载和存储）

[StoreLoad]在X86上的作用是停止执行加载，直到存储缓冲区耗尽。这将确保在存储变得全局可见（离开存储缓冲区并进入L1d）之后，负载是全局可见的（因此从内存/缓存读取）

Answer 2

在x86上，缓冲区固定在缓存线上。如果缓存线丢失，则不会使用缓冲区中的值。因此，无需设置围栏或排空缓冲区；它们包含的值必须是当前值，因为如果不先使缓存线无效，另一个核心无法修改数据