Happens-Before原則和As-If-Serial語(yǔ)義是什么

這篇文章主要介紹“Happens-Before原則和As-If-Serial語(yǔ)義是什么”，在日常操作中，相信很多人在Happens-Before原則和As-If-Serial語(yǔ)義是什么問(wèn)題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”Happens-Before原則和As-If-Serial語(yǔ)義是什么”的疑惑有所幫助！接下來(lái)，請(qǐng)跟著小編一起來(lái)學(xué)習(xí)吧！

JMM內(nèi)存模型

Java內(nèi)存模型是共享內(nèi)存的并發(fā)模型，線程之間主要通過(guò)讀-寫(xiě)共享變量來(lái)完成隱式通信。

Java中的共享變量是存儲(chǔ)在內(nèi)存中的，多個(gè)線程由其工作內(nèi)存，其工作方式是將共享內(nèi)存中的變量拿出來(lái)放在工作內(nèi)存，操作完成后，再將最新的變量放回共享變量，這時(shí)其他的線程就可以獲取到最新的共享變量。

從橫向去看看，線程A和線程B就好像通過(guò)共享變量在進(jìn)行隱式通信。這其中有很有意思的問(wèn)題，如果線程A更新后數(shù)據(jù)并沒(méi)有及時(shí)寫(xiě)回到主存，而此時(shí)線程B讀到的是過(guò)期的數(shù)據(jù)，這就出現(xiàn)了 “臟讀” 現(xiàn)象。

     為避免臟讀，可以通過(guò)同步機(jī)制（控制不同線程間操作發(fā)生的相對(duì)順序）來(lái)解決或者通過(guò)volatile關(guān)鍵字使得每次volatile變量都能夠強(qiáng)制刷新到主存，從而對(duì)每個(gè)線程都是可見(jiàn)的。

重排序

執(zhí)行程序時(shí)，為了提高性能，編譯器和處理器常常會(huì)對(duì)指令進(jìn)行重排序。一般重排序可以分為如下三種：如圖，1.屬于編譯器重排序，而2和3統(tǒng)稱(chēng)為處理器重排序。

這些重排序會(huì)導(dǎo)致線程安全的問(wèn)題，一個(gè)很經(jīng)典的例子就是DCL問(wèn)題。JMM的編譯器重排序規(guī)則會(huì)禁止一些特定類(lèi)型的編譯器重排序；針對(duì)處理器重排序，編譯器在生成指令序列的時(shí)候會(huì)通過(guò)插入內(nèi)存屏障指令來(lái)禁止某些特殊的處理器重排序。

• （1）編譯器優(yōu)化的重排序：編譯器在不改變單線程程序語(yǔ)義的前提下，可以重新安排語(yǔ)句的執(zhí)行順序；

• （2）指令級(jí)并行的重排序：現(xiàn)代處理器采用指令級(jí)并行技術(shù)來(lái)將多條指令重疊執(zhí)行。如果不存在數(shù)據(jù)依賴性，處理器可以改變語(yǔ)句對(duì)應(yīng)機(jī)器指令的執(zhí)行順序；

• （3）內(nèi)存系統(tǒng)的重排序。由于處理器使用緩存和讀/寫(xiě)緩沖區(qū)，這使得加載和存儲(chǔ)操作看上去可能是在亂序執(zhí)行的。

舉個(gè)例子：

	public double rectangleArea(double length , double width){
		double leng;
		double wid;
		leng=length;//A
		wid=width;//B
		double area=leng*wid;//C
		return area;
	}

由于A,B之間沒(méi)有任何關(guān)系，對(duì)最終結(jié)果也不會(huì)存在關(guān)系，它們之間執(zhí)行順序可以重排序。因此可以執(zhí)行順序可以是A->B->C或者B->A->C執(zhí)行最終結(jié)果都是3.14，即A和B之間沒(méi)有數(shù)據(jù)依賴性。

因?yàn)锳  happens-before  B，所以A操作產(chǎn)生的結(jié)果leng一定要對(duì)B操作可見(jiàn)，但是現(xiàn)在B操作并沒(méi)有用到length，所以這兩個(gè)操作可以重排序，那A操作是否可以和C操作重排序呢，如果A操作和C操作進(jìn)行了重排序，因?yàn)閘eng沒(méi)有被賦值，所以leng=0，area=0*wid也就是area=0；這個(gè)結(jié)果顯然是錯(cuò)誤的，所以A操作是不能和C操作進(jìn)行重排序的（這就是注2中說(shuō)的前一個(gè)操作的執(zhí)行結(jié)果必須對(duì)后羿操作可見(jiàn)，如果不滿足這個(gè)要求就不允許這兩個(gè)操作進(jìn)行重排序）

什么是happens-before（面向JMM的規(guī)范原則和編譯器層面原則） 多線程場(chǎng)景下

JMM可以通過(guò)happens-before關(guān)系提供跨線程的內(nèi)存可見(jiàn)性保證（如果A線程的寫(xiě)操作a與B線程的讀操作b之間存在happens-before關(guān)系，盡管a操作和b操作在不同的線程中執(zhí)行，但JMM向程序員保證a操作將對(duì)b操作可見(jiàn)）。

具體的定義：

• 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Java平臺(tái)的具體實(shí)現(xiàn)必須要按照happens-before關(guān)系指定的順序來(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（JMM允許這種重排序）。

具體的規(guī)則：

• (1) 程序順序規(guī)則：線程中每個(gè)操作，happens-before該線程任意后續(xù)操作。

• (2) 監(jiān)視器鎖規(guī)則：對(duì)鎖的解鎖，happens-before于隨后對(duì)這個(gè)鎖的加鎖。

• (3) volatile變量規(guī)則：對(duì)volatile域的寫(xiě)，happens-before于任意后續(xù)對(duì)這個(gè)volatile域的讀/寫(xiě)。

// 對(duì)一個(gè)volatile變量的寫(xiě)操作happen-before對(duì)此變量的任意操作：
volatile int a;
a = 1; //1
b = a;  //2
//如果線程1 執(zhí)行1，“線程2”執(zhí)行了2,并且“線程1”執(zhí)行后,“線程2”再執(zhí)行,那么符合“volatile的
//happen-before原則”所以“線程2”中的a值一定是1。

• (4) 傳遞性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。

• (5) start()規(guī)則：如果線程A執(zhí)行操作ThreadB.start()（啟動(dòng)線程B），那么A線程的 ThreadB.start() 操作happens-before于線程B中的任意操作。

• (6) Join()規(guī)則：如果線程A執(zhí)行操作ThreadB.join()并成功返回，那么線程B中的任意操作happens-before于線程A從**ThreadB.join()**操作成功返回。

• (7) 程序中斷規(guī)則：對(duì)線程interrupted()方法的調(diào)用先行于被中斷線程的代碼檢測(cè)到中斷時(shí)間的發(fā)生。

• (8) 對(duì)象finalize規(guī)則：一個(gè)對(duì)象的初始化完成（構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行結(jié)束）先行于發(fā)生它的finalize()方法的開(kāi)始。

happens-before具有傳遞規(guī)則

利用程序順序規(guī)則（規(guī)則1）存在三個(gè)happens-before關(guān)系：

• A happens-before B

• B happens-before C

• A happens-before C

這里的第三個(gè)關(guān)系是利用傳遞性進(jìn)行推論的。這里的第三個(gè)關(guān)系是利用傳遞性進(jìn)行推論的。

volatile int var;
int b;
int c;
b = 4; //1
var = 3; //2
c = var; //3
c = b; //4

假設(shè)“線程1”執(zhí)行//1 //2這段代碼,“線程2”執(zhí)行//3 //4這段代碼。如果某次的執(zhí)行順序如下：

//1 //2 //3 //4。那么有如下推導(dǎo)( hd(a,b)表示a happen-before b）：

• 因?yàn)橛衕d(//1,//2) 、hd(//3,//4) (單線程的happen-before原則)

• 且hd(//2,//3) （volatile的happen-before原則）

• 所以有 hd(//1,//3),可導(dǎo)出hd(//1,//4) (happen-before原則的傳遞性)

• 所以變量c的值最后為4 如果某次的執(zhí)行順序如下：

//1 //3 //2// //4 那么最后4的結(jié)果就不能確定嘍。其原因是 //3 //2 直接符合上述八大原則中的任何一個(gè)，不能通過(guò)傳遞性推測(cè)出來(lái)什么。

A happens-before B,定義1要求A執(zhí)行結(jié)果對(duì)B可見(jiàn)，并且A操作的執(zhí)行順序在B操作之前，但與此同時(shí)利用定義中的第二條，A,B操作彼此不存在數(shù)據(jù)依賴性，兩個(gè)操作的執(zhí)行順序?qū)ψ罱K結(jié)果都不會(huì)產(chǎn)生影響，在不改變最終結(jié)果的前提下，允許A，B兩個(gè)操作重排序，即happens-before關(guān)系并不代表了最終的執(zhí)行順序。

As-If-Serial語(yǔ)義的介紹（面向處理器的語(yǔ)義規(guī)范）單線程場(chǎng)景下

不管怎么重排序（編譯器和處理器為了提高并行度）,單線程程序的執(zhí)行結(jié)果不能被改變。編譯器，runtime 和處理器都必須遵守as-if-serial語(yǔ)義。

為了遵守as-if-serial語(yǔ)義，編譯器和處理器不會(huì)對(duì)存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的操作做重排序，因?yàn)檫@種重排序會(huì)改變執(zhí)行結(jié)果。但是，如果操作之間不存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，這些操作可能被編譯器和處理器重排序。

到此，關(guān)于“Happens-Before原則和As-If-Serial語(yǔ)義是什么”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)?lái)更多實(shí)用的文章！