内存屏障

有两个东西会指令重排编译器（Compiler)和CPU 硬件，当然在单线程的时候，根据我们学过的流水线，这样可以提高吞吐量。

但是在多线程下可能导致乱序。

  1. 编译屏障（Compiler Barrier）

    **只喊停编译器，不管 CPU。**如果确定CPU 本身不会乱序，那么它就够了。

  2. CPU 内存屏障（Hardware Memory Barrier）

    同时喊停编译器和 CPU 硬件。 不但让编译器不许重排，还插入一条特殊指令，强制 CPU 在执行到这里时，把之前乱序执行的尾巴收干净，后续指令必须严格等在后面。

四种乱序：

  • 写-写重排：后一个写，跑到前一个写的前面去。
  • 读-读重排：后一个读，跑到前一个读的前面去。
  • 读-写重排：一个读，跑到后面一个写的后面；或者一个写跑到后面一个读的前面。
  • 写-读重排：一个写之后的读，跑到写完成之前就执行了。

进而有下列屏障：

  • 写屏障（Store Barrier / Write Barrier）：只有写操作之间不能换顺序。
  • 读屏障（Load Barrier / Read Barrier）：只有读操作之间不能换顺序。
  • 全屏障（Full Barrier）：所有四种乱序都禁止
  • Release 和 Acquire
  • Release（发布）：写操作。保证在它之前的所有读写，都完成之后，才轮到它执行
  • Acquire（获取）：读操作。保证在它之后的所有读写，必须等它完成之后才能开始。

用户态线程

用户态线程，就是完全在用户程序自己手里管理的线程，操作系统内核根本不知道它的存在。

优点：

  1. 极低开销：创建只需分配用户空间数据结构（通常 2~8 KB 栈），切换仅涉及少量寄存器的保存/恢复，无特权级切换。
  2. 超高并发：可在单个进程中容纳数十万甚至百万级并发单元，非常适合 I/O 密集型高并发场景（如网络服务器）。
  3. 灵活调度：应用可自定义调度策略，例如带优先级的协作调度、工作窃取（work-stealing）等，无需受限于内核通用调度器。

缺点：

  • 阻塞隐患（N:1 模型下或 M:N 阻塞处理不当）：任何直接的系统阻塞调用都可能阻塞整个调度域。
  • 多核利用需显式设计：需要与应用层调度器配合，分配足够的内核线程并将就绪的 ULT 调度上去。
  • 抢占困难：内核线程可依赖时钟中断强制抢占，用户态线程若缺乏语言/运行时支持（如 Go 的协作抢占基于栈扫描和抢占点），只能依赖显式让出（yield），容易因死循环导致其他线程饥饿。
  • 资源隔离和公平性问题：用户态调度器通常对 CPU 时间无硬性保障，也难以与内核全局调度策略协调。
  • 与现有同步原语的交互：用户态线程切换不提供任何内存屏障语义，对可见性的保证需由开发者通过并发原语显式声明。

模型：

一对一模型（1:1 Model）： 每一个用户线程都映射到一个内核线程。说白了，就是给内核态套了个用户态的皮。

多对一模型（M:1 Model）： 多个用户线程映射到一个内核线程。

  • 一个线程阻塞 → 全部阻塞

  • 系统调用会卡死整个进程

多对多模型（M:N Model）：多个用户线程映射到多个内核线程（数量可不同）。

  • 用户态负责“线程调度”，内核负责“线程执行”。
  • 实现复杂