Java 并发编程指令重排序规范 ( happens-before 先行发生原则 )

Posted 2021-09-29 韩曙亮

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• 一、指令重排序规范
• 二、happens-before 先行发生原则

一、指令重排序规范

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指令重排指的是 , 线程中如果两行代码 没有逻辑上的上下关系 , 可以对代码进行 重新排序 ;

JVM 指令重排遵循规范 :

① as-if-serial 规范 : 单个线程中, 指令的重排 , 不能影响程序的执行结果 ;

• 可以重排的情况 : 对于下面代码 , 两条指令顺序颠倒 , 执行结果相同 , 可以进行指令重排 ;

x = 0;
y = 1;

• 不可以进行重排的情况 : 对于下面的代码 , 两条指令如果上下颠倒 , 结果不同 , 不可以进行指令重排 ;

x = 0;
y = x;

② happens-before 规范 : 先行发生原则 ;

二、happens-before 先行发生原则

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happens-before 先行发生原则 : A happens-before B , A 先于 B 发生 , 先 A 后 B ;

Java 虚拟机在编译时和运行时 , 会对 JVM 指令进行重排优化 , 很明显 , 指令重排会对线程并发产生影响 ;

为了保证并发编程的安全性 , 这里 规定了一些场景下 , 禁止在这些场景中 使用 指令重排 ;

happens-before 先行发生原则 适用场景 : 在以下场景中 , 不进行指令重排 , 这些先后顺序 , 绝对不能被打乱 , 否则会出现严重线程安全问题 ;

• 程序次序原则 : 在程序内 , 按照代码书写的执行顺序 , 前面的代码先执行 , 后面的代码后执行 ; 时间上 靠前 的操作 先于 时间上靠后 的操作 执行 ;
• 管程锁规则 : 不论是单线程还是多线程 , 线程 A 解锁后 , 线程 B 获取该锁 , 可以看到线程 A 的操作结果 ; 解锁的操作 先于 加锁的操作 ; 线程 B 要加锁 , 必须等待线程 A 解锁完毕才可以 ;
• volatile 规则 : volatile 关键字修饰的变量 , 线程 A 对该变量的写操作 先于 线程 B 读取该变量的操作 , 线程 A 对该变量的写操作的结果对于线程 B 一定可见 ;
• 线程启动规则 : 线程 start() 方法 先于 线程的具体执行的操作 ; 线程必须先启动 , 然后才能执行线程内的代码逻辑 ;
• 线程终止规则 : 线程的具体操作 先于 线程的终止检测 ; 线程的代码逻辑执行完成 , 然后进行线程的终止检测 ;
• 传递性 : happens-before 规则具有传递性 ; 如果 A happens-before B 和 B happens-before C , 则 A happens-before C ;
• 线程中断 : 调用线程 interrupt() 方法 , 先于 被中断线程的代码 检测到 中断时 事件的发生 ; 必须先发生中断 , 然后才能被检测到 ; 不能还没发生中断 , 就可以检测到中断发生 ;
• 对象终结 : 对象的创建 先于 对象的终结 , 创建就是调用构造函数 , 终结就是调用 finalize 方法 ;

只要符合上述规则 , 不需要进行同步 , 就可以成立 ;

通过 " happens-before 先行发生原则 " 可以判定两个线程的操作 , 是否有发生冲突的可能 ;