Java內存模型happens-before的簡單介紹

本篇內容介紹了“Java內存模型happens-before的簡單介紹”的有關知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領大家學習一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細閱讀，能夠學有所成！

happens-before原則非常重要，它是判斷數據是否存在競爭、線程是否安全的主要依據，依靠這個原則，我們解決在并發環境下兩操作之間是否可能存在沖突的所有問題。下面我們就一個簡單的例子稍微了解下happens-before ；

i = 1;       //線程A執行
j = i ;      //線程B執行

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. 如果一個操作happens-before另一個操作，那么第一個操作的執行結果將對第二個操作可見，而且第一個操作的執行順序排在第二個操作之前。

2. 兩個操作之間存在happens-before關系，并不意味著一定要按照happens-before原則制定的順序來執行。如果重排序之后的執行結果與按照happens-before關系來執行的結果一致，那么這種重排序并不非法。

下面是happens-before原則規則：

1.程序次序規則：一個線程內，按照代碼順序，書寫在前面的操作先行發生于書寫在后面的操作；
2.鎖定規則：一個unLock操作先行發生于后面對同一個鎖額lock操作；
3.volatile變量規則：對一個變量的寫操作先行發生于后面對這個變量的讀操作；
4.傳遞規則：如果操作A先行發生于操作B，而操作B又先行發生于操作C，則可以得出操作A先行發生于操作C；
5.線程啟動規則：Thread對象的start()方法先行發生于此線程的每個一個動作；
6.線程中斷規則：對線程interrupt()方法的調用先行發生于被中斷線程的代碼檢測到中斷事件的發生；
7.線程終結規則：線程中所有的操作都先行發生于線程的終止檢測，我們可以通過Thread.join()方法結束、Thread.isAlive()的返回值手段檢測到線程已經終止執行；
8.對象終結規則：一個對象的初始化完成先行發生于他的finalize()方法的開始；

我們來詳細看看上面每條規則（摘自《深入理解Java虛擬機第12章》）：

• 程序次序規則：一段代碼在單線程中執行的結果是有序的。注意是執行結果，因為虛擬機、處理器會對指令進行重排序（重排序后面會詳細介紹）。雖然重排序了，但是并不會影響程序的執行結果，所以程序最終執行的結果與順序執行的結果是一致的。故而這個規則只對單線程有效，在多線程環境下無法保證正確性。

• volatile變量規則：這是一條比較重要的規則，它標志著volatile保證了線程可見性。通俗點講就是如果一個線程先去寫一個volatile變量，然后一個線程去讀這個變量，那么這個寫操作一定是happens-before讀操作的。

• 傳遞規則：提現了happens-before原則具有傳遞性，即A happens-before B , B happens-before C，那么A happens-before C

• 線程啟動規則：假定線程A在執行過程中，通過執行ThreadB.start()來啟動線程B，那么線程A對共享變量的修改在接下來線程B開始執行后確保對線程B可見。

• 線程終結規則：假定線程A在執行的過程中，通過制定ThreadB.join()等待線程B終止，那么線程B在終止之前對共享變量的修改在線程A等待返回后可見。

上面八條是原生Java滿足Happens-before關系的規則，但是我們可以對他們進行推導出其他滿足happens-before的規則：

1.將一個元素放入一個線程安全的隊列的操作Happens-Before從隊列中取出這個元素的操作
2.將一個元素放入一個線程安全容器的操作Happens-Before從容器中取出這個元素的操作
3.在CountDownLatch上的倒數操作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表示的任務的所有操作Happens-Before Future#get()操作
6.向Executor提交一個Runnable或Callable的操作Happens-Before任務開始執行操作

這里再說一遍happens-before的概念：如果兩個操作不存在上述（前面8條 + 后面6條）任一一個happens-before規則，那么這兩個操作就沒有順序的保障，JVM可以對這兩個操作進行重排序。如果操作A happens-before操作B，那么操作A在內存上所做的操作對操作B都是可見的。

下面就用一個簡單的例子來描述下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執行write()，線程B執行read()，且線程A優先于線程B執行，那么線程B獲得結果是什么？；我們就這段簡單的代碼一次分析happens-before的規則（規則5、6、7、8 + 推導的6條可以忽略，因為他們和這段代碼毫無關系）：

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

所以我們無法通過happens-before原則推導出線程A happens-before線程B，雖然可以確認在時間上線程A優先于線程B指定，但是就是無法確認線程B獲得的結果是什么，所以這段代碼不是線程安全的。那么怎么修復這段代碼呢？滿足規則2、3任一即可。

happen-before原則是JMM中非常重要的原則，它是判斷數據是否存在競爭、線程是否安全的主要依據，保證了多線程環境下的可見性。

下圖是happens-before與JMM的關系圖

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