解读 Java 内存模型中 Happens-Before 的 8 个原则

本文分享自华为云社区《【高并发】一文秒懂Happens-Before原则》，作者： 冰 河。

在正式介绍 Happens-Before 原则之前，我们先来看一段代码。

【示例一】

class VolatileExample {  int x = 0;  volatile boolean v = false;  public void writer() {    x = 42;    v = true;  }
  public void reader() {    if (v == true) {      //x的值是多少呢？    }  }}

以上示例来源于：http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/jsr-133-faq.html#finalWrong

这里，假设线程 A 执行 writer()方法，按照 volatile 会将 v=true 写入内存；线程 B 执行 reader()方法，按照 volatile，线程 B 会从内存中读取变量 v，如果线程 B 读取到的变量 v 为 true，那么，此时的变量 x 的值是多少呢？？

这个示例程序给人的直觉就是 x 的值为 42，其实，x 的值具体是多少和 JDK 的版本有关，如果使用的 JDK 版本低于 1.5，则 x 的值可能为 42，也可能为 0。如果使用 1.5 及 1.5 以上版本的 JDK，则 x 的值就是 42。

看到这个，就会有人提出问题了？这是为什么呢？其实，答案就是在 JDK1.5 版本中的 Java 内存模型中引入了 Happens-Before 原则。

接下来，我们就结合案例程序来说明 Java 内存模型中的 Happens-Before 原则。

【原则一】程序次序规则

在一个线程中，按照代码的顺序，前面的操作 Happens-Before 于后面的任意操作。

例如【示例一】中的程序 x=42 会在 v=true 之前执行。这个规则比较符合单线程的思维：在同一个线程中，程序在前面对某个变量的修改一定是对后续操作可见的。

【原则二】volatile 变量规则

对一个 volatile 变量的写操作，Happens-Before 于后续对这个变量的读操作。

也就是说，对一个使用了 volatile 变量的写操作，先行发生于后面对这个变量的读操作。这个需要大家重点理解。

【原则三】传递规则

如果 A Happens-Before B，并且 B Happens-Before C，则 A Happens-Before C。

我们结合【原则一】、【原则二】和【原则三】再来看【示例一】程序，此时，我们可以得出如下结论：

（1）x = 42 Happens-Before 写变量 v = true，符合【原则一】程序次序规则。

（2）写变量 v = true Happens-Before 读变量 v = true，符合【原则二】volatile 变量规则。

再根据【原则三】传递规则，我们可以得出结论：x = 42 Happens-Before 读变量 v=true。

也就是说，如果线程 B 读取到了 v=true，那么，线程 A 设置的 x = 42 对线程 B 就是可见的。换句话说，就是此时的线程 B 能够访问到 x=42。

其实，Java 1.5 版本的 java.util.concurrent 并发工具就是靠 volatile 语义来实现可见性的。

【原则四】锁定规则

对一个锁的解锁操作 Happens-Before 于后续对这个锁的加锁操作。

例如，下面的代码，在进入 synchronized 代码块之前，会自动加锁，在代码块执行完毕后，会自动释放锁。

【示例二】

public class Test{    private int x = 0;    public void initX{        synchronized(this){ //自动加锁            if(this.x < 10){                this.x = 10;            }        } //自动释放锁    }}

我们可以这样理解这段程序：假设变量 x 的值为 10，线程 A 执行完 synchronized 代码块之后将 x 变量的值修改为 10，并释放 synchronized 锁。当线程 B 进入 synchronized 代码块时，能够获取到线程 A 对 x 变量的写操作，也就是说，线程 B 访问到的 x 变量的值为 10。

【原则五】线程启动规则

如果线程 A 调用线程 B 的 start()方法来启动线程 B，则 start()操作 Happens-Before 于线程 B 中的任意操作。

我们也可以这样理解线程启动规则：线程 A 启动线程 B 之后，线程 B 能够看到线程 A 在启动线程 B 之前的操作。

我们来看下面的代码。

【示例三】

//在线程A中初始化线程BThread threadB = new Thread(()->{    //此处的变量x的值是多少呢？答案是100});//线程A在启动线程B之前将共享变量x的值修改为100x = 100;//启动线程BthreadB.start();

上述代码是在线程 A 中执行的一个代码片段，根据【原则五】线程的启动规则，线程 A 启动线程 B 之后，线程 B 能够看到线程 A 在启动线程 B 之前的操作，在线程 B 中访问到的 x 变量的值为 100。

【原则六】线程终结规则

线程 A 等待线程 B 完成（在线程 A 中调用线程 B 的 join()方法实现），当线程 B 完成后（线程 A 调用线程 B 的 join()方法返回），则线程 A 能够访问到线程 B 对共享变量的操作。

例如，在线程 A 中进行的如下操作。

【示例四】

Thread threadB = new Thread(()-{    //在线程B中，将共享变量x的值修改为100    x = 100;});//在线程A中启动线程BthreadB.start();//在线程A中等待线程B执行完成threadB.join();//此处访问共享变量x的值为100

【原则七】线程中断规则

对线程 interrupt()方法的调用 Happens-Before 于被中断线程的代码检测到中断事件的发生。

例如，下面的程序代码。在线程 A 中中断线程 B 之前，将共享变量 x 的值修改为 100，则当线程 B 检测到中断事件时，访问到的 x 变量的值为 100。

【示例五】

    //在线程A中将x变量的值初始化为0    private int x = 0;
    public void execute(){        //在线程A中初始化线程B        Thread threadB = new Thread(()->{            //线程B检测自己是否被中断            if (Thread.currentThread().isInterrupted()){                //如果线程B被中断，则此时X的值为100                System.out.println(x);            }        });        //在线程A中启动线程B        threadB.start();        //在线程A中将共享变量X的值修改为100        x = 100;        //在线程A中中断线程B        threadB.interrupt();    }

【原则八】对象终结原则

一个对象的初始化完成 Happens-Before 于它的 finalize()方法的开始。

例如，下面的程序代码。

【示例六】

public class TestThread {
   public TestThread(){       System.out.println("构造方法");   }
    @Override    protected void finalize() throws Throwable {        System.out.println("对象销毁");    }
    public static void main(String[] args){        new TestThread();        System.gc();    }}

运行结果如下所示。

构造方法对象销毁

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