先行发生原则（Happens-Before）

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，比如说操作 A 先行发生于操作 B，其实就是说在发生操作 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。



单线程规则

在一个线程内，按照控制流顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作。注意，这里说的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。



锁操作（掌握）

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。



volatile 变量规则

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。



线程启动

Thread 对象的 start() 方法先行发生于此线程的每一个动作。



线程 join

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() 方法是否结束、Thread::isAlive() 的返回值等手段检测线程是否已经终止执行。





传递性

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。



中断

对线程 interrupt() 方法的调用先行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。



构造方法

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。



工具类的 Happens-Before 原则



1. 线程安全的容器 get 一定能看到在此之前的 put 等存入动作

2. CountDownLatch

3. Semaphore

4. Future

5. 线程池

6. CyclicBarrier



Happens-before 实例演示



public class FieldVisibility {
    int a = 1;
    volatile int b = 2;
    private void change() {
        a = 3;
        b = a;
    }
    private void print() {
        System.out.println("b=" + b + ";a=" + a);
    }
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            FieldVisibility test = new FieldVisibility();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    test.change();
                }
            }).start();
            new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        Thread.sleep(1);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    test.print();
                }
            }).start();
        }
    }
}



在上一小节中讲到有第四种情况（低概率）的发生：没给 b 加 volatile，那么有可能出现 `a = 1, b = 3`。因为 a 虽然被修改了，但是其他线程不可见，而 b 恰好其他线程可见，这就造成了 `a = 1, b = 3`。



若是给 b 加了 volatile，不仅 b 被影响，也可以实现轻量级同步，这就是所谓的“近朱者赤”。

b 之前的写入（对应 `b = a`）对读取 b 后的代码（print b）都可见，所以在 writerThread 里对 a 的赋值，一定会对 readerThread 里的读取可见，所以这里的 a 即使不加 volatile，只要读到的是 3，就可以有 happens-before 原则保证了读取到的都是 3 而不可能读取到 1。



原子性



什么是原子性



也就是一系列的操作，要么全部执行成功，要么全部不执行，不会出现执行一半的情况，是不可分割的。



Java 中的原子操作有哪些？



• 除 long 和 double 之外的基本数据类型（int、byte、boolean、short、char、float）的赋值操作。

• 所有引用（reference） 的赋值操作，不管是 32 位的机器还是 64 位的机器。

• java.concurrent.Atomic.* 包下所有类的原子操作。



long 和 double 的原子性



• 结论：在 32 位上的 JVM 上，long 和 double 的操作不是原子的，但是在 64 位的 JVM 上是原子的

• 在实际中，在商用 JVM 中不会出现



原子操作 + 原子操作 != 原子操作

简单地把原子操作组合在一起，并不能保证整体依然具有原子性。