Java內(nèi)存模型happens-before的簡(jiǎn)單介紹

本篇內(nèi)容介紹了“Java內(nèi)存模型happens-before的簡(jiǎn)單介紹”的有關(guān)知識(shí)，在實(shí)際案例的操作過(guò)程中，不少人都會(huì)遇到這樣的困境，接下來(lái)就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

happens-before原則非常重要，它是判斷數(shù)據(jù)是否存在競(jìng)爭(zhēng)、線程是否安全的主要依據(jù)，依靠這個(gè)原則，我們解決在并發(fā)環(huán)境下兩操作之間是否可能存在沖突的所有問(wèn)題。下面我們就一個(gè)簡(jiǎn)單的例子稍微了解下happens-before ；

i = 1;       //線程A執(zhí)行
j = i ;      //線程B執(zhí)行

j 是否等于1呢？假定線程A的操作（i = 1）happens-before線程B的操作（j = i）,那么可以確定線程B執(zhí)行后j = 1 一定成立，如果他們不存在happens-before原則，那么j = 1 不一定成立。這就是happens-before原則的威力。

happens-before原則定義如下：

1. 如果一個(gè)操作happens-before另一個(gè)操作，那么第一個(gè)操作的執(zhí)行結(jié)果將對(duì)第二個(gè)操作可見(jiàn)，而且第一個(gè)操作的執(zhí)行順序排在第二個(gè)操作之前。

2. 兩個(gè)操作之間存在happens-before關(guān)系，并不意味著一定要按照happens-before原則制定的順序來(lái)執(zhí)行。如果重排序之后的執(zhí)行結(jié)果與按照happens-before關(guān)系來(lái)執(zhí)行的結(jié)果一致，那么這種重排序并不非法。

下面是happens-before原則規(guī)則：

1.程序次序規(guī)則：一個(gè)線程內(nèi)，按照代碼順序，書寫在前面的操作先行發(fā)生于書寫在后面的操作；
2.鎖定規(guī)則：一個(gè)unLock操作先行發(fā)生于后面對(duì)同一個(gè)鎖額lock操作；
3.volatile變量規(guī)則：對(duì)一個(gè)變量的寫操作先行發(fā)生于后面對(duì)這個(gè)變量的讀操作；
4.傳遞規(guī)則：如果操作A先行發(fā)生于操作B，而操作B又先行發(fā)生于操作C，則可以得出操作A先行發(fā)生于操作C；
5.線程啟動(dòng)規(guī)則：Thread對(duì)象的start()方法先行發(fā)生于此線程的每個(gè)一個(gè)動(dòng)作；
6.線程中斷規(guī)則：對(duì)線程interrupt()方法的調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程的代碼檢測(cè)到中斷事件的發(fā)生；
7.線程終結(jié)規(guī)則：線程中所有的操作都先行發(fā)生于線程的終止檢測(cè)，我們可以通過(guò)Thread.join()方法結(jié)束、Thread.isAlive()的返回值手段檢測(cè)到線程已經(jīng)終止執(zhí)行；
8.對(duì)象終結(jié)規(guī)則：一個(gè)對(duì)象的初始化完成先行發(fā)生于他的finalize()方法的開始；

我們來(lái)詳細(xì)看看上面每條規(guī)則（摘自《深入理解Java虛擬機(jī)第12章》）：

• 程序次序規(guī)則：一段代碼在單線程中執(zhí)行的結(jié)果是有序的。注意是執(zhí)行結(jié)果，因?yàn)樘摂M機(jī)、處理器會(huì)對(duì)指令進(jìn)行重排序（重排序后面會(huì)詳細(xì)介紹）。雖然重排序了，但是并不會(huì)影響程序的執(zhí)行結(jié)果，所以程序最終執(zhí)行的結(jié)果與順序執(zhí)行的結(jié)果是一致的。故而這個(gè)規(guī)則只對(duì)單線程有效，在多線程環(huán)境下無(wú)法保證正確性。

• volatile變量規(guī)則：這是一條比較重要的規(guī)則，它標(biāo)志著volatile保證了線程可見(jiàn)性。通俗點(diǎn)講就是如果一個(gè)線程先去寫一個(gè)volatile變量，然后一個(gè)線程去讀這個(gè)變量，那么這個(gè)寫操作一定是happens-before讀操作的。

• 傳遞規(guī)則：提現(xiàn)了happens-before原則具有傳遞性，即A happens-before B , B happens-before C，那么A happens-before C

• 線程啟動(dòng)規(guī)則：假定線程A在執(zhí)行過(guò)程中，通過(guò)執(zhí)行ThreadB.start()來(lái)啟動(dòng)線程B，那么線程A對(duì)共享變量的修改在接下來(lái)線程B開始執(zhí)行后確保對(duì)線程B可見(jiàn)。

• 線程終結(jié)規(guī)則：假定線程A在執(zhí)行的過(guò)程中，通過(guò)制定ThreadB.join()等待線程B終止，那么線程B在終止之前對(duì)共享變量的修改在線程A等待返回后可見(jiàn)。

上面八條是原生Java滿足Happens-before關(guān)系的規(guī)則，但是我們可以對(duì)他們進(jìn)行推導(dǎo)出其他滿足happens-before的規(guī)則：

1.將一個(gè)元素放入一個(gè)線程安全的隊(duì)列的操作Happens-Before從隊(duì)列中取出這個(gè)元素的操作
2.將一個(gè)元素放入一個(gè)線程安全容器的操作Happens-Before從容器中取出這個(gè)元素的操作
3.在CountDownLatch上的倒數(shù)操作Happens-Before CountDownLatch#await()操作
4.釋放Semaphore許可的操作Happens-Before獲得許可操作
5.Future表示的任務(wù)的所有操作Happens-Before Future#get()操作
6.向Executor提交一個(gè)Runnable或Callable的操作Happens-Before任務(wù)開始執(zhí)行操作

這里再說(shuō)一遍happens-before的概念：如果兩個(gè)操作不存在上述（前面8條 + 后面6條）任一一個(gè)happens-before規(guī)則，那么這兩個(gè)操作就沒(méi)有順序的保障，JVM可以對(duì)這兩個(gè)操作進(jìn)行重排序。如果操作A happens-before操作B，那么操作A在內(nèi)存上所做的操作對(duì)操作B都是可見(jiàn)的。

下面就用一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)描述下happens-before原則：

private int i = 0;

public void write(int j ){
 i = j;
}

public int read(){
 return i;
}

我們約定線程A執(zhí)行write()，線程B執(zhí)行read()，且線程A優(yōu)先于線程B執(zhí)行，那么線程B獲得結(jié)果是什么？；我們就這段簡(jiǎn)單的代碼一次分析happens-before的規(guī)則（規(guī)則5、6、7、8 + 推導(dǎo)的6條可以忽略，因?yàn)樗麄兒瓦@段代碼毫無(wú)關(guān)系）：

1.由于兩個(gè)方法是由不同的線程調(diào)用，所以肯定不滿足程序次序規(guī)則；
2.兩個(gè)方法都沒(méi)有使用鎖，所以不滿足鎖定規(guī)則；
3.變量i不是用volatile修飾的，所以volatile變量規(guī)則不滿足；
4.傳遞規(guī)則肯定不滿足；

所以我們無(wú)法通過(guò)happens-before原則推導(dǎo)出線程A happens-before線程B，雖然可以確認(rèn)在時(shí)間上線程A優(yōu)先于線程B指定，但是就是無(wú)法確認(rèn)線程B獲得的結(jié)果是什么，所以這段代碼不是線程安全的。那么怎么修復(fù)這段代碼呢？滿足規(guī)則2、3任一即可。

happen-before原則是JMM中非常重要的原則，它是判斷數(shù)據(jù)是否存在競(jìng)爭(zhēng)、線程是否安全的主要依據(jù)，保證了多線程環(huán)境下的可見(jiàn)性。

下圖是happens-before與JMM的關(guān)系圖

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