目錄

一、Happens-Before模型簡(jiǎn)介

二、組成Happens-Before模型的八種規(guī)則

2.1 程序順序規(guī)則（as-if-serial語義）

2.2 傳遞性規(guī)則

2.3 volatile變量規(guī)則

2.4 監(jiān)視器鎖規(guī)則

2.5 start規(guī)則

2.6 Join規(guī)則

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一、Happens-Before模型簡(jiǎn)介

除了顯示引用volatile關(guān)鍵字能夠保證可見性以外，在Java中，還有很多的可見性保障的規(guī)則。

從JDK1.5開始，引入了一個(gè)happens-before的概念來闡述多個(gè)線程操作共享變量的可見性問題。所以我們可以認(rèn)為在JMM中，如果一個(gè)操作執(zhí)行的結(jié)果需要對(duì)另一個(gè)操作可見，那么這兩個(gè)操作必須要存在 happens-before關(guān)系。這兩個(gè)操作可以是同一個(gè)線程，也可以是不同的線程。

JMM可以通過happens-before關(guān)系向程序員提供跨線程的內(nèi)存可見性，即如果A線程的寫操作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操作不在同一個(gè)線程中執(zhí)行，但是JMM向程序員保證a操作對(duì)b操作可見。具體定義為：

1. 如果一個(gè)操作happens-before另外一個(gè)操作（發(fā)生在另一個(gè)操作之前），那么第一個(gè)操作的執(zhí)行結(jié)果對(duì)第二個(gè)操作可見，且第一個(gè)操作的執(zhí)行順序在第二個(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)系來執(zhí)行的結(jié)果一致，那么這種重排序并不非法（也就是說，JMM允許這種重排序）。

上面兩條規(guī)則，第一條，是JMM對(duì)程序員的保證。從程序員的角度可以這樣理解happens-before：如果A happens-before B ，那么java內(nèi)存模型將向程序員保證————A操作的結(jié)果一定對(duì)B操作可見，且A的執(zhí)行順序一定在B的前面。第二條是JMM對(duì)編譯器和處理器重排序的約束原則，只要不改變程序的執(zhí)行結(jié)果，編譯器和處理器怎么優(yōu)化都行。

二、組成Happens-Before模型的八種規(guī)則

happens-before模型是JMM要求多個(gè)操作必須滿足的關(guān)系模型，而happens-before模型是由八條具體規(guī)則組成的，具體如下：

• 程序順序規(guī)則（as-if-serial語義）：一個(gè)線程中的每個(gè)操作，happens-before于該線程的任意后續(xù)操作。
• 監(jiān)視器鎖規(guī)則：對(duì)一個(gè)鎖的解鎖，happens-before于隨后對(duì)這個(gè)鎖的加鎖。
• volatile變量規(guī)則：對(duì)一個(gè)volatile域的寫，happens-before于任意后續(xù)對(duì)該volatile域的讀。
• 傳遞性規(guī)則：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。
• start()規(guī)則： 如果線程A執(zhí)行ThreadB.start()，那么A線程的ThreadB.start()操作happens-before于線程B的任意操作。
• join()規(guī)則： 如果線程A執(zhí)行ThreadB.join()，那么B線程中的任意操作happens-before于線程A從ThreadB.join()成功返回。
• 程序中斷規(guī)則：對(duì)線程interrupted()方法的調(diào)用happens-before與被中斷線程的代碼檢測(cè)到中斷時(shí)間的發(fā)生。
• 對(duì)象finalize規(guī)則：一個(gè)對(duì)象初始化完成（構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行結(jié)束）happens-before于發(fā)生它的finalize()方法的開始。

2.1 程序順序規(guī)則（as-if-serial語義）

• 不能改變程序的執(zhí)行結(jié)果（在單線程環(huán)境下，執(zhí)行的結(jié)果不變）
• 依賴問題， 如果兩個(gè)指令存在依賴關(guān)系，不允許重排序

這樣聽起來好像happens-before和as-if-serial語義沒什么區(qū)別，但是一定要搞清楚as-if-serial是組成happens-before模型的其中一條規(guī)則，兩者是包含的關(guān)系，下面對(duì)兩者進(jìn)行一個(gè)比較：

1. as-if-serial語義保證單線程內(nèi)程序的執(zhí)行結(jié)果不被改變，happens-before保證正確同步的多線程和單線程的執(zhí)行結(jié)果不被改變。
2. as-if-serial語義給編寫單線程程序的程序員創(chuàng)造了一個(gè)幻境：單線程程序是按程序的順序來執(zhí)行的。happens-before關(guān)系給編寫正確同步的多線程程序的程序員創(chuàng)造了一個(gè)幻境：正確同步的多線程程序是按happens-before指定的順序來執(zhí)行的。
3. as-if-serial語義和happens-before這么做的目的，都是為了在不改變程序執(zhí)行結(jié)果的前提下，盡可能地提高程序執(zhí)行的并行度。

int a=0;
int b=0;
void test(){int a=1; aint b=1; bint c=a*b; c
}

a happens -before b ; b happens before c

2.2 傳遞性規(guī)則

a happens-before b 且 b happens- before c，那么 a happens-before c

2.3 volatile變量規(guī)則

volatile 修飾的變量的寫操作，一定happens-before后續(xù)對(duì)于volatile變量的讀操作。該規(guī)則利用volatile關(guān)鍵字通過內(nèi)存屏障機(jī)制來防止指令重排。

上圖中的No表示不允許重排序，由上圖我們就知道了使用volatile可以保證有序性。

public class VolatileExample {int a = 0;volatile boolean flag = false;public void writer() {a = 1;                           1flag = true; // 修改              2}public void reader() {if (flag) { // true              3// i的值最終一定會(huì)被設(shè)置為1int i = a;                   4}}
}

1 happens-before 2 ?-> 因?yàn)槌绦蝽樞蛞?guī)則和volatile規(guī)則。

3 happens-before 4 ?-> 因?yàn)槌绦蝽樞蛞?guī)則

2 happens-before 3 ?-> 因?yàn)関olatile規(guī)則

1 happens-before 4 ?-> 因?yàn)閭鬟f性規(guī)則?

基于上面的規(guī)則，保證了最終i=1成立。

這里重點(diǎn)講一下上面的1 happens-before 2 為什么成立。在上面給出了volatile重排序規(guī)則表的圖片，其中有一條是代碼中第一個(gè)操作是普通讀寫（在上面代碼中對(duì)應(yīng)了a=1），第二個(gè)操作是volatile寫（在上面代碼中對(duì)應(yīng)了flag=true），這種情況是不允許重排序的，所以1 happens-before 2成立。

2.4 監(jiān)視器鎖規(guī)則

int x = 10;
synchronized(this) {// 后續(xù)線程讀取到的x的值一定12if(x < 12) {x = 12;}
}
x = 12;

2.5 start規(guī)則

public class StartDemo{int x = 0;Thread t1 = new Thread(()->{// 讀取x的值 一定是20if(x == 20){}});x = 20;// t1.start()以及之前的所有操作都發(fā)生在t1線程中任意操作之前t1.start();
}

2.6 Join規(guī)則

public class Test{int x=0;Thread t1=new Thread(()->{// t1線程中的任意操作都發(fā)生在當(dāng)前線程中t1.join成功返回之前x = 200;});t1.start();t1.join(); //保證結(jié)果的可見性。//在此處讀取到的x的值一定是200.
}

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