Java内存模型--happens-before

 2019-12-10 16:15  阅读(1231)
文章分类:Java Core

1概述

通过文章Java高并发–volatile使用及实现原理我们了解到happens-before原则禁止了指令重排,那么什么是happens-before原则呢?

2定义

happen-before原则保证了程序的“有序性”,它规定如果两个操作的执行顺序无法从happens-before原则中推到出来,那么他们就不能保证有序性,可以随意进行重排序。换句话说在JMM中,如果一个操作的执行结果要对另一个操作可见,那么这两个操作之间必须存在happens-before关系。

happens-before原则非常重要,它是判断数据是否存在竞争,线程是否安全的主要依据。下面我们就一个简单的列子简单了解下happens-before原则的威力。

i = 1;       //线程A执行
    j = i ;      //线程B执行

针对上面的代码,如果线程Aheppens-before线程B,那么必定有j==1,如果不存在线程Ahappens-before线程B,那么就说不准了。

由此我们可以得出,如果一个操作happens-before另一个操作,那么第一个操作的结果对另一个操作是可见的,而且第一个操作的执行顺序排在第二个的前面。

3heppens-before规则

  • 程序次序规则:一个线程内,按照代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作;
  • 锁定规则:一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作;
  • volatile变量规则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作;
  • 传递规则:如果操作A先行发生于操作B,而操作B又先行发生于操作C,则可以得出操作A先行发生于操作C;
  • 线程启动规则:Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作;
  • 线程中断规则:对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生;
  • 线程终结规则:线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行;
  • 对象终结规则:一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始;

针对上面的规则,《深入理解Java虚拟机第12章》进行了详细地分析:

**程序次序规则:**一段代码在单线程中执行的结果是有序的。注意是执行结果,因为虚拟机、处理器会对指令进行重排序(重排序后面会详细介绍)。虽然重排序了,但是并不会影响程序的执行结果,所以程序最终执行的结果与顺序执行的结果是一致的。故而这个规则只对单线程有效,在多线程环境下无法保证正确性。

**锁定规则:**这个规则比较好理解,无论是在单线程环境还是多线程环境,一个锁处于被锁定状态,那么必须先执行unlock操作后面才能进行lock操作。

**volatile变量规则:**这是一条比较重要的规则,它标志着volatile保证了线程可见性。通俗点讲就是如果一个线程先去写一个volatile变量,然后一个线程去读这个变量,那么这个写操作一定是happens-before读操作的。

**传递规则:**提现了happens-before原则具有传递性,即A happens-before B , B happens-before C,那么A happens-before C

**线程启动规则:**假定线程A在执行过程中,通过执行ThreadB.start()来启动线程B,那么线程A对共享变量的修改在接下来线程B开始执行后确保对线程B可见。

**线程终结规则:**假定线程A在执行的过程中,通过制定ThreadB.join()等待线程B终止,那么线程B在终止之前对共享变量的修改在线程A等待返回后可见。

上面八条是原生Java满足Happens-before关系的规则,但是我们可以对他们进行推导出其他满足happens-before的规则:

  1. 将一个元素放入一个线程安全的队列的操作Happens-Before从队列中取出这个元素的操作
  2. 将一个元素放入一个线程安全容器的操作Happens-Before从容器中取出这个元素的操作
  3. 在CountDownLatch上的倒数操作Happens-Before CountDownLatch#await()操作
  4. 释放Semaphore许可的操作Happens-Before获得许可操作
  5. Future表示的任务的所有操作Happens-Before Future#get()操作
  6. 向Executor提交一个Runnable或Callable的操作Happens-Before任务开始执行操作

我们可以看见,如果两个操作不满足上面的前8条和后6条,那么这两个操作的执行顺序就没有保障,JVM可以对这两个操作进行指令重拍。

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