x86平台JVM中为何LOCK前缀指令取代MFENCE成为内存屏障首选？

本文探讨x86指令集中MFENCE全内存屏障指令的语义，及其与带LOCK前缀的修改指令的对比。历史上JVM曾用MFENCE实现volatile关键字所需的内存顺序保证，但2000年代后期发生重大转变。David Dice在2009年5月的博客中提到，JVM转而使用LOCK前缀指令（如对栈顶执行LOCK:ADD），原因是性能更优。当时AMD处理器上LOCK:ADD的延迟比MFENCE低近一倍，Intel处理器上其在指令流水线中的表现也更出色，这促使JVM开发者为volatile等场景改用LOCK前缀指令实现内存屏障。

令人好奇的是，LOCK前缀修改指令理论上比精简的MFENCE做更多工作（如保证原子性），本应效率更低。Dice推测MFENCE可能存在与流水线状态或跨核同步相关的额外隐性语义，导致性能较差，但具体机制尚不明确。此外，LOCK前缀指令兼具内存屏障和原子操作功能，适配现代CPU各类工作负载的灵活性更强。

核心疑问 #

• LOCK前缀是否完全涵盖MFENCE的语义，还是仅能防止重排序？
• MFENCE是否存在文档未记载的额外隐性语义，如对流水线管理或跨核同步的影响？
• 为何LOCK前缀指令功能看似更全面，却随时间推移在性能上超过MFENCE？

恳请熟悉底层架构与微码优化的人士提供详细见解。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Dmytro Kostenko