1.内存屏障 1.内存屏障 1 ) . 内存屏障简介 内存屏障是CPU和编译器的"交通信号灯" , 用来阻止指令乱序执行, 强制缓存数据同步, 解决多线程下的可见性和有序性2 ) . 为什么需要内存屏障 我们写代码时, 默认指令是按顺序执行的, 但CPU和编译器为了提升效率, 会执行以下操作 a. 指令重排 编译器/ CPU会打乱指令的执行顺序( 只要不影响单线程逻辑) , 比如你写了A= 1 , B= 2 , CPU可能先执行B= 2 , 再执行A= 1 单线程不会出现问题, 但多线程会出大问题 b. 缓存不一致 每个CPU核心都有自己的缓存( 速度比内存快N倍) , 一个核心修改了变量( 比如把isLoaded= true 写到缓存) , 另一个核心可 能还在读缓存里的旧值( isLoad= false ) , 导致"明明写了, 另一个线程却看不到" // 线程1：加载资源并标记状态 bool = false ; Object resource= LoadBigResource ( ) ; // 耗时操作 isLoaded= true ; // 线程2：检测状态并使用资源 while ( ! isLoaded) { } UseResource ( resource) ; // 理论上isLoaded=true时，resource一定加载好了？ 实际运行中, CPU可能对线程1 做指令重排, 先执行isLoaded= true , 再执行LoadBigResource ( ) ; 结果就是线程2 看到 isLoaded= true , 直接执行UseResource, 但此时加载资源未完成, 会出现报错3 ) . 内存屏障的两个作用 a. 禁止指令重排 屏障前的指令必须全部执行完, 才能执行屏障后的指令; 比如再LoadingResource ( ) 和isLoaded= true 之间加屏障, CPU就 不会把isLoaded= true 提前执行 b. 强制缓存同步 屏障会让核心把缓存里的修改刷写到内存( 写屏障) 或从内存重新读取最新数据( 读屏障) , 让所有核心看到的变量值是一致的 比如线程1 加写屏障, isLoaded= true 会立刻同步到内存; 线程2 加读屏障, 会放弃自己的旧屏障, 去内存读最新的isLoaded4 ) . 常见的内存屏障类型 a. 写屏障( Store Barrier) : 核心是写后同步, 保证屏幕前的所有写操作, 都刷到内存, 让其核心可见 b. 读屏障( Load Barrier) : 核心是读前刷新, 保证屏幕后的所有读操作, 都从内存读取最新值, 不是缓存旧值 c. 全屏障( Full Barrier) : 同时禁止读写重排, 强制读写都同步5 ) . 在C#/ Unity里, 怎么用内存屏障 a. volatile 关键字 给变量加volatile , 相当于给这个变量的读写加了轻量级内存屏障: 禁止指令重排, 强制读写走内存而非缓存volatile bool = false ; // 加volatile b. Thread. MemoryBarrier ( ) 手动插入全屏障, 适合需要精确控制的场景Object resource= LoadBigResource ( ) ; Thread. MemoryBarrier ( ) ; // 屏障：前面的写操作必须完成并同步 isLoaded= true ; c. 原子操作( Interlocked类) Interlocked. Increment/ CompareExchange等方法, 底层都带内存屏障, 既保证原子性, 又保证可见性和有序性d. 锁( lock ) lock 的Enter和Exit时, 会自动插入全屏障, 所以用lock 的代码天然没有内存屏障问题( 但锁的开销比volatile 大) - 内存屏障: 只解决可见性、有序性, 不保证原子性( 比如i++ 这种非原子操作, 加屏障也会有线程安全问题) - 锁/ 原子操作: 既保证原子性, 又隐含内存屏障的功能
