什么是内存栅栏
内存栅栏(Memory Barriers)，是让一个CPU处理单元中的内存状态对其它处理单元可见的一项技术。
内存栅栏提供了两个功能
- 确保从另一个CPU来看栅栏的两边的所有指令都是正确的程序顺序，而保持程序顺序的外部可见性；
- 实现内存数据可见性，确保内存数据会同步到CPU缓存子系统。
为什么需要内存栅栏
对主存的一次访问一般花费硬件的数百次时钟周期。为了减少这种操作，CPU通过使用Cache来达到高效获取数据的目的。然后Cache为了提高性能，会对指令进行重排序。
当重排序对最终的结果没有影响的时候，这种优化是有益的。但是当多线程共享数据时，重排序将导致错误的结果。所以为了在共享变量的情况下依然可以使用指令重排序，产生了内存栅栏来保证程序的正确性。
内存栅栏是怎么实现的
在底层，内存栅栏是一组指令，一般包括Store Barrier、Load Barrier和Full Barrier。
几乎所有的处理器至少支持一种粗粒度的屏障指令，通常被称为“栅栏（Fence）”，它保证在栅栏前初始化的load和store指令，能够严格有序的在栅栏后的load和store指令之前执行。
不同的CPU架构有不同的实现方式，以X86为例：
- Store Barrier,强制所有在store屏障指令之前的store指令，都在该store屏障指令执行之前被执行，并把store缓冲区的数据都刷到主存
- Load Barrier,强制所有在load屏障指令之后的load指令，都在该load屏障指令执行之后被执行，并且一直等到load缓冲区被该CPU读完才能执行之后的load指令。
- Full Barrier，复合了load和store屏蔽指令。
无论在何种处理器上，这几乎都是最耗时的操作之一（与原子指令差不多，甚至更消耗资源），所以大部分处理器还会支持更细粒度的屏障指令。
下图是CPU的Local Memory与主存的通信过程：
Java中内存栅栏的使用
Java内存模型中volatile变量在写操作之后会插入一个store屏障，在读操作之前会插入一个load屏障。一个类的final字段会在初始化后插入一个store屏障，来确保final字段在构造函数初始化完成并可被使用时可见。
内存栅栏对性能的影响
内存栅栏阻止了 CPU 很多隐式的内存延迟技术的执行，因此是有性能损耗的，不过在上层看来这种损耗并不大。在合适的时候使用内存栅栏，仍然是一种高效的做法。
Reference
http://mechanical-sympathy.blogspot.jp/2011/07/memory-barriersfences.html
http://ifeve.com/memory-barriers-or-fences/
http://www.infoq.com/cn/articles/memory_barriers_jvm_concurrency
