Happens-before的作用是什么
這篇文章主要介紹“Happens-before的作用是什么”，在日常操作中，相信很多人在Happens-before的作用是什么問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡單好用的操作方法，希望對大家解答”Happens-before的作用是什么”的疑惑有所幫助！接下來，請跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！
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寫在前面
上一篇文章并發(fā) Bug 之源有三，請睜大眼睛看清它們 談到了可見性/原子性/有序性三個問題，這些問題通常違背我們的直覺和思考模式，也就導(dǎo)致了很多并發(fā) Bug
為了解決 CPU，內(nèi)存，IO 的短板，增加了緩存，但這導(dǎo)致了可見性問題
編譯器/處理器
擅自優(yōu)化 ( Java代碼在編譯后會變成 Java 字節(jié)碼, 字節(jié)碼被類加載器加載到 JVM 里, JVM 執(zhí)行字節(jié)碼, 最終需要轉(zhuǎn)化為匯編指令在 CPU 上執(zhí)行) ，導(dǎo)致有序性問題
初衷是好的，但引發(fā)了新問題，最有效的辦法就禁止緩存和編譯優(yōu)化，問題雖然能解決，但「又回到最初的起點，呆呆地站在鏡子前」是很尷尬的，我們程序的性能就堪憂了.
解決方案
作為我們程序猿不想寫出 bug 影響 KPI，所以希望內(nèi)存模型易于理解、易于編程。這就需要基于一個強內(nèi)存模型來編寫代碼
作為編譯器和處理器不想讓外人說它處理速度很慢，所以希望內(nèi)存模型對他們束縛越少越好，可以由他們擅自優(yōu)化，這就需要基于一個弱內(nèi)存模型
俗話說:「沒有什么事是開會解決不了的，如果有，那就再開一次」????
JSR-133 的專家們就有了新想法，既然不能完全禁止緩存和編譯優(yōu)化，那就按需禁用緩存和編譯優(yōu)化，按需就是要加一些約束，約束中就包括了上一篇文章簡單提到過的 volatile，synchronized，final三個關(guān)鍵字，同時還有你可能聽過的 Happens-Before原則(包含可見性和有序性的約束)，Happens-before 規(guī)則也是本章的主要內(nèi)容
為了滿足二者的強烈需求，照顧到雙方的情緒，于是乎: JMM 就對程序猿說了一個善意的謊言: 「會嚴(yán)格遵守 Happpen-Befores 規(guī)則，不會重排序」讓程序猿放心，私下卻有自己的策略:
對于會改變程序執(zhí)行結(jié)果的重排序,JMM要求編譯器和處理器必須禁止這種重排序。
對于不會改變程序執(zhí)行結(jié)果的重排序, JMM對編譯器和處理器不做要求 (JMM允許這種重排序)。
我們來用個圖說明一下:
這就是那個善意的謊言，雖是謊言，但還是照顧到了程序猿的利益，所以我們只需要了解 happens-before 規(guī)則就能得到保證 (圖畫了好久，不知道是否說明了謊言的所在????，歡迎留言)
Happens-before
Happens-before 規(guī)則主要用來約束兩個操作，兩個操作之間具有 happens-before 關(guān)系, 并不意味著前一個操作必須要在后一個操作之前執(zhí)行，happens-before 僅僅要求前一個操作(執(zhí)行的結(jié)果)對后一個操作可見, (the first is visibleto and ordered before the second)
說了這么多，先來看一小段代碼帶你逐步走進 Happen-Befores 原則，看看是怎樣用該原則解決 可見性和 有序性的問題:
class ReorderExample {
int x = 0;
boolean flag = false;
public void writer() {
x = 42; //1
flag = true; //2
}
public void reader() {
if (flag) { //3
System.out.println(x); //4
}
}
}假設(shè) A 線程執(zhí)行 writer 方法，B 線程執(zhí)行 reader 方法，打印出來的 x 可能會是 0，上一篇文章說明過: 因為代碼 1 和 2 沒有數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，所以可能被重排序
flag = true; //2 x = 42; //1
所以，線程 A 將 flag = true 寫入但沒有為 x 重新賦值時，線程 B 可能就已經(jīng)打印了 x 是 0
那么為 flag 加上 volatile 關(guān)鍵字試一下:
volatile boolean flag = false;
即便加上了 volatile 關(guān)鍵字，這個問題在 java1.5 之前還是沒有解決，但 java1.5 和其之后的版本對 volatile 語義做了增強，問題得以解決，這就離不開 Happens-before 規(guī)則的約束了，總共有 6 個規(guī)則，且看
程序順序性規(guī)則
一個線程中的每個操作, happens-before 于該線程中的任意后續(xù)操作 第一感覺這個原則是一個在理想狀態(tài)下的"廢話"，并且和上面提到的會出現(xiàn)重排序的情況是矛盾的，注意這里是一個線程中的操作，其實隱含了「as-if-serial」語義: 說白了就是只要執(zhí)行結(jié)果不被改變，無論怎么"排序"，都是對的
這個規(guī)則是一個基礎(chǔ)規(guī)則，happens-before 是多線程的規(guī)則，所以要和其他規(guī)則約束在一起才能體現(xiàn)出它的順序性，別著急，繼續(xù)向下看
volatile變量規(guī)則
對一個 volatile 域的寫, happens-before 于任意后續(xù)對這個 volatile 域的讀
我將上面的程序添加兩行代碼作說明:
public class ReorderExample {
private int x = 0;
private int y = 1;
private volatile boolean flag = false;
public void writer(){
x = 42; //1
y = 50; //2
flag = true; //3
}
public void reader(){
if (flag){ //4
System.out.println("x:" + x); //5
System.out.println("y:" + y); //6
}
}
}這里涉及到了 volatile 的內(nèi)存增強語義，先來看個表格:
| 能否重排序 | 第二個操作 | 第二個操作 | 第二個操作 |
|---|---|---|---|
| 第一個操作 | 普通讀/寫 | volatile 讀 | volatile 寫 |
| 普通讀/寫 | - | - | NO |
| volatile 讀 | NO | NO | NO |
| volatile 寫 | - | NO | NO |
從這個表格 最后一列可以看出:
如果第二個操作為 volatile 寫，不管第一個操作是什么，都不能重排序，這就確保了 volatile 寫之前的操作不會被重排序到 volatile 寫之后拿上面的代碼來說，代碼 1 和 2 不會被重排序到代碼 3 的后面，但代碼 1 和 2 可能被重排序 (沒有依賴也不會影響到執(zhí)行結(jié)果)，說到這里和 程序順序性規(guī)則是不是就已經(jīng)關(guān)聯(lián)起來了呢？
從這個表格的 倒數(shù)第二行可以看出:
如果第一個操作為 volatile 讀，不管第二個操作是什么，都不能重排序，這確保了 volatile 讀之后的操作不會被重排序到 volatile 讀之前拿上面的代碼來說，代碼 4 是讀取 volatile 變量，代碼 5 和 6 不會被重排序到代碼 4 之前
volatile 內(nèi)存語義的實現(xiàn)是應(yīng)用到了 「內(nèi)存屏障」，因為這完全夠單獨寫一章的內(nèi)容，這里為了不掩蓋主角 Happens-before 的光環(huán)，保持理解 Happens-before 的連續(xù)性，先不做過多說明
到這里，看這個規(guī)則，貌似也沒解決啥問題，因為它還要聯(lián)合第三個規(guī)則才起作用
傳遞性規(guī)則
如果 A happens-before B, 且 B happens-before C, 那么 A happens-before C 直接上圖說明一下上面的例子
從上圖可以看出
x =42和y = 50Happens-beforeflag = true, 這是規(guī)則 1寫變量(代碼 3)
flag=trueHappens-before 讀變量(代碼 4)if(flag)，這是規(guī)則 2
根據(jù)規(guī)則 3傳遞性規(guī)則，x =42 Happens-before 讀變量 if(flag)
謎案要揭曉了: 如果線程 B 讀到了 flag 是 true，那么
x =42和y = 50對線程 B 就一定可見了，這就是 Java1.5 的增強 (之前版本是可以普通變量寫和 volatile 變量寫的重排序的)
通常上面三個規(guī)則是一種聯(lián)合約束，到這里你懂了嗎？規(guī)則還沒完，繼續(xù)看
監(jiān)視器鎖規(guī)則
對一個鎖的解鎖 happens-before 于隨后對這個鎖的加鎖
這個規(guī)則我覺得你應(yīng)該最熟悉了，就是解釋 synchronized 關(guān)鍵字的，來看
public class SynchronizedExample {
private int x = 0;
public void synBlock(){
// 1.加鎖
synchronized (SynchronizedExample.class){
x = 1; // 對x賦值
}
// 3.解鎖
}
// 1.加鎖
public synchronized void synMethod(){
x = 2; // 對x賦值
}
// 3. 解鎖
}先獲取鎖的線程，對 x 賦值之后釋放鎖，另外一個再獲取鎖，一定能看到對 x 賦值的改動，就是這么簡單，請小伙伴用下面命令查看上面程序，看同步塊和同步方法被轉(zhuǎn)換成匯編指令有何不同？
javap -c -v SynchronizedExample
這和 synchronized 的語義相關(guān)，小伙伴可以先自行了解一下，鎖的內(nèi)容時會做詳細(xì)說明
start()規(guī)則
如果線程 A 執(zhí)行操作 ThreadB.start() (啟動線程B), 那么 A 線程的 ThreadB.start() 操作 happens-before 于線程 B 中的任意操作，也就是說，主線程 A 啟動子線程 B 后，子線程 B 能看到主線程在啟動子線程 B 前的操作，看個程序就秒懂了
public class StartExample {
private int x = 0;
private int y = 1;
private boolean flag = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
StartExample startExample = new StartExample();
Thread thread1 = new Thread(startExample::writer, "線程1");
startExample.x = 10;
startExample.y = 20;
startExample.flag = true;
thread1.start();
System.out.println("主線程結(jié)束");
}
public void writer(){
System.out.println("x:" + x );
System.out.println("y:" + y );
System.out.println("flag:" + flag );
}
}運行結(jié)果:
主線程結(jié)束 x:10 y:20 flag:true Process finished with exit code 0
線程 1 看到了主線程調(diào)用 thread1.start() 之前的所有賦值結(jié)果，這里沒有打印「主線程結(jié)束」，你知道為什么嗎？這個守護線程知識有關(guān)系
join()規(guī)則
如果線程 A 執(zhí)行操作 ThreadB.join() 并成功返回, 那么線程 B 中的任意操作 happens-before 于線程 A 從 ThreadB.join() 操作成功返回，和 start 規(guī)則剛好相反，主線程 A 等待子線程 B 完成，當(dāng)子線程 B 完成后，主線程能夠看到子線程 B 的賦值操作，將程序做個小改動，你也會秒懂的
public class JoinExample {
private int x = 0;
private int y = 1;
private boolean flag = false;
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
JoinExample joinExample = new JoinExample();
Thread thread1 = new Thread(joinExample::writer, "線程1");
thread1.start();
thread1.join();
System.out.println("x:" + joinExample.x );
System.out.println("y:" + joinExample.y );
System.out.println("flag:" + joinExample.flag );
System.out.println("主線程結(jié)束");
}
public void writer(){
this.x = 100;
this.y = 200;
this.flag = true;
}
}運行結(jié)果:
x:100 y:200 flag:true 主線程結(jié)束 Process finished with exit code 0
「主線程結(jié)束」這幾個字打印出來嘍，依舊和線程何時退出有關(guān)系
總結(jié)
Happens-before 重點是解決前一個操作結(jié)果對后一個操作可見，相信到這里，你已經(jīng)對 Happens-before 規(guī)則有所了解，這些規(guī)則解決了多線程編程的可見性與有序性問題，但還沒有完全解決原子性問題(除了 synchronized)
start 和 join 規(guī)則也是解決主線程與子線程通信的方式之一
從內(nèi)存語義的角度來說, volatile 的
寫-讀與鎖的釋放-獲取有相同的內(nèi)存效果；volatile 寫和鎖的釋放有相同的內(nèi)存語義; volatile 讀與鎖的獲取有相同的內(nèi)存語義，??????(敲黑板了) volatile 解決的是可見性問題，synchronized 解決的是原子性問題，這絕對不是一回事，后續(xù)文章也會說明
靈魂追問
同步塊和同步方法在編譯成 CPU 指令后有什么不同？
線程有 Daemon(守護線程)和非 Daemon 線程，你知道線程的退出策略嗎？
關(guān)于 Happens-before 你還有哪些疑惑呢？
到此，關(guān)于“Happens-before的作用是什么”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識，請繼續(xù)關(guān)注創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，小編會繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬嵱玫奈恼拢?/p>
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