Java内存模型(JMM)中的happens-before

 2019-12-10 15:46  阅读(959)
文章分类:Java Core

  happens-before是JMM中最核心的概念,对于Java程序员来说,理解happens-before是理解JMM的关键 。

1.JMM的设计

  首先,来看看JMM的设计意图。从JMM的设计者的角度,在设计JMM时,需要考虑两个关键因素。

  (1)程序员对内存模型的使用。程序员希望内存模型易于理解、易于编程,程序员希望基于一个强内存模型来编写代码。

  (2)编译器和处理器对内存模型的实现。编译器和处理器希望内存模型对它们的束缚越少越好,这样它们就可以做尽可能多的优化来提高性能。编译器和处理器希望实现一个弱内存模型。

  由于这两个因素互相矛盾,所以JSR-133专家组在设计JMM时的核心目标就是找到一个好 的平衡点:一方面,要为程序员提供足够强的内存可见性保证;另一方面,对编译器和处理器的限制要尽可能地放松。下面让我们来看看JSR-133是如何实现这一目标的。

  

double pi = 3.14 ;      //A
    double r = 1.0 ;         //B
    double area= pi*r*r; //C

  上面计算圆的面积的示例代码存在3个happens-before关系如下 :

  (1)A happens-before B

  (2)B happens-before C

  (3)A happens-before C

  在3个happens-before关系中,2和3是必须的,但1是不必要的。因此,JMM把happens-before 要求禁止的重排序分为了下面两类 :

  □ 会改变程序执行结果的重排序。

  □ 不会改变程序执行结果的重排序。

  JMM对这两种不同性质的重排序,采取了不同的策略,如下:

  □ 对于会改变程序执行结果的重排序,JMM要求编译器和处理器必须禁止这种重排序。

  □ 对于不会改变程序执行结果的重排序,JMM对编译器和处理器不做要求(JMM允许这种重排序) 。

  下图是JMM的设计示意图:

20191210001280\_1.png

  从上图可以看出两点,如下。

  □ JMM向程序员提供的happens-before规则能满足程序员的需求。JMM的happens-before 规则不但简单易懂,而且也向程序员提供了足够强的内存可见性保证(有些内存可见性保证并不一定真是存在,比如上面的A happens-before B) 。

  □ JMM对编译器和处理器的束缚已经尽可能少。从上面的分析可以看出,JMM其实是在遵循一个基本原则:只要不改变程序的执行结果(指的是单线程程序和正确同步的多线程程序),编译器和处理器怎么优化都行。例如,如果编译器经过细致的分析后,认定一个锁只会被单个线程访问,那么这个锁可以被消除。再如,如果编译器经过细致分析后,认定一个volatile变量只会被单个线程访问,那么编译器可以把这个volatile变量当做是一个普通变量来对待。这些优化既不会改变程序的执行结果,又能提高程序的执行效率。

2.happens-before的定义

  

  

  

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