Java内存模型先行发生原则

声明:本章内容摘自《深入理解Java虚拟机》第二版,有需要深入学习的小伙伴请自行购买书籍。



        Java语言中有一个“先行发生”(happens-before)的原则,这个原则非常重要,它是判断数据是否存在竞争,线程是否安全的主要依据,依靠这个原则,我们可以通过几条规则一揽子地解决并发环境下两个操作之间是否可能存在冲突的所有问题。

        先行发生是Java内存模型中定义的两项操作之间的偏序关系,如果说操作A先行发生于操作B,其实就是说发生操作B之前,操作A产生的影响能被操作B观察到,“影响”包括修改了内存中共享变量的值,发送了消息,调用了方法等。

先行发生原则伪代码示例:

// 以下操作在线程A中执行

i = 1;

// 以下操作在线程B中执行

j = i;

// 以下操作在线程C中执行

i = 2;

        假设线程A中的操作"i=1"先行发生于线程B的操作“j=1”,那么可以确定在线程B的操作执行后,变量j一定等于1,得出这个结论的依据有两个:一是根据先行发生原则,i=1的结果可以被观察到,二是线程c还没有登场,线程A操作结束之后没有其他线程回修改变量i的值。现在再来考虑线程C,我们依然保持线程A和线程B之间的先行发生关系,而线程C出现在线程A和线程B的操作之间,但是线程C与线程B没有先行发生关系,那j的值回是多少呢?答案不确定,1和2都有可能,因为线程C对变量i的影响可能会被线程B观察到,也可能不会,这时候线程B就存在读取到过期数据的风险,不具备多线程的安全性。

        下面是Java内存模型下一些“天然的”先行发生关系,这些先行发生关系无需任何同步器协助就已经存在,可以在编码中直接使用,若两个操作之间的关系不在此列,并且无法从下列规则推导出来的话,它们就没有顺序性保障,虚拟机就可以对它们随意地进行重排序。

        🐱程序次序规则(Program Order Rule):在一个线程内,按照程序代码顺序,书写在前面的操作先行发生与书写在后面的操作。准确的说,应该是控制流顺序而不是程序代码顺序,因为要考虑分支,循环等结构。

        🐱管程锁定规则(Monitor Lock Rule):一个unlock操作先行发生于后面对同一个锁的lock操作。这里必须强调的是同一个锁,而后面是指时间上的先后顺序

        🐱volatile变量规则(Volatile Variable Rule):对一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作,这里的后面同样是指时间上的先后顺序

        🐱线程启动规则(Thread Start Rule):Thead对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作

        🐱线程终止规则(Thread Termination Rule):线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测,我们可以通过Thread.join()方法结束,Thread.isAlive()的返回值等手段检测到线程已经终止执行。

         🐱线程中断规则(Thread Interruption Rule):对线程interrupt()方法的调用优先发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生,可以通过Thread.interrupted()方法检测到是否有中断发生。

         🐱对象终结规则(Finalizer Rule):一个对象的初始化完成(构造函数执行结束)先行发生于它的finalize()方法的开始。

        🐱传递性(Transitivity):如果操作A先行发生于操作B,操作B先行发生于操作C,那就可以得出操作A先行发生于操作C的结论。        

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