在计算机系统中，CPU的执行可能会并行处理多个指令。这就意味着，不同的指令可能会同时读取或写入同一块内存区域，导致数据的不一致性。为了确保数据的完整性，开发人员需要使用一些工具来保障数据的一致性。其中，memorybarrier（内存栅栏）被视为保障数据完整性的必备工具。

memorybarrier到底是什么？

在多线程编程中，memorybarrier是一种指令（instruction），用于控制CPU对内存访问的顺序。也就是说，当CPU执行到这条指令时，它会强制执行之前和之后的所有内存访问。这样一来，在变量读取和写入之间的操作顺序就会被限制住，从而保证数据的一致性。

相当于是一个内存屏障的作用，用于限制对内存的访问顺序，保证一致性。

memorybarrier常常被用于编写高效且线程安全的代码。例如，在多个线程读写同一个变量时，必须保证各个线程所看到的变量值相同。否则，就可能导致数据错误，甚至是系统崩溃。在这种情况下，使用memorybarrier确保指令的执行顺序，可以避免出现这样的问题。

memorybarrier如何使用？

在x86指令集中，有许多内置函数和语句可以用来执行memorybarrier操作。具体来说，有三个重要的语句需要注意：mfence、sfence和lfence。

1、mfence

mfence（memory fence）是x86指令集中最常用的memorybarrier操作。它会阻塞处理器，直到它完成当前所有内存访问，然后才允许处理器进行其他操作。毫无疑问，这种指令对代码的性能有很大的影响，因为它会导致CPU阻塞，等待所有内存操作结束。

对于多线程编程来说，mfence经常被用来保证同步。比如，在多个线程访问同一变量的时候，如果需要确保各个线程看到的变量值是一致的，就需要使用mfence操作。

以下是一些示例代码：

```

int *p = (int*)malloc(sizeof(int));

*p = 5;

std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire); // 等待操作获取

DoSomething(p);

std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release); // 等待操作释放

*p = 6;

```

2、sfence

sfence（store fence）和mfence类似，但它只会等待所有写操作完成。相对于mfence来说，sfence对性能的影响会更小。因此，当只需要保证写操作的顺序时，sfence是更好的选择。

3、lfence

lfence（load fence）只会等待所有读操作完成。当需要保证读操作的顺序时，我们可以使用lfence。需要注意的是，lfence指令对性能的影响通常比较小，但是如果过度使用，也有可能会导致CPU性能下降。

举个例子，如果我们需要在多个线程中读取同一个共享变量，并且希望在读取前保证所有线程看到的值是一致的，那么可以使用lfence指令来实现：

```

int *p = (int*)malloc(sizeof(int));

*p = 5;

while (std::atomic_load_explicit(p, std::memory_order_acquire) != 5) {

_mm_lfence(); // 读取值之前，确保其他线程已经读取到

}

DoSomething(p);

std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release); // 等待操作释放

*p = 6;

```

mfence、sfence和lfence，三种内存屏障函数的使用范围：

mfence、sfence和lfence需要根据不同的应用场景选择使用。下面是它们各自的优缺点：

mfence ：对CPU性能影响大，但是保证了读取顺序和写入顺序；

sfence：同样可以保证读取顺序和写入顺序，但对CPU性能影响较小；

lfence：CPU性能影响最小，但是只保证了读操作的顺序。

简单来说，如果需要保证读操作和写操作的顺序，则建议使用mfence。如果只需要保证写操作的顺序，则建议使用sfence。如果只需要保证读操作的顺序，则建议使用lfence。

可能有读者会问，既然lfence对CPU影响最小，那我们是不是应该尽可能使用lfence呢？实际上并不一定。因为不同的应用场景需要不同的保障级别。如果一个应用的读操作很频繁，而且需要保证其顺序，则使用lfence效率较高。但如果应用中的写操作很频繁，而且既要保证顺序，还要保证读取顺序与写入顺序一致，那么mfence就是更好的选择。

结语

在多线程编程中，保证数据的完整性非常重要。Memorybarrier是实现该目标的一种重要工具。mfence、sfence和lfence等内存屏障函数，可以帮助我们确保指令的执行顺序，从而保证数据的一致性和可靠性。当然，在使用这些函数时，我们需要根据具体的应用场景来选择使用哪种内存屏障函数，以最大化性能的提升。