Java内存模型（JMM）中的happens-before

Posted 2020-09-22 逆风天堂886

　　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：

　　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