as-if-serial 规则和 happens-before 规则的区别

as-if-serial 规则

as-if-serial 语义的意思指：不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），（单线程）程序的执行结果不能被改变。编译器，runtime 和处理器都必须遵守 as-if-serial 语义。

为了遵守 as-if-serial 语义，编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序，因为这种重排序会改变执行结果。但是，如果操作之间不存在数据依赖关系，这些操作可能被编译器和处理器重排序。为了具体说明，请看下面计算圆面积的代码示例：

double pi = 3.14; //A

double r = 1.0; //B

double area = pi * r * r; //C

A 和 C 之间存在数据依赖关系，同时 B 和 C 之间也存在数据依赖关系。因此在最终执行的指令序列中，C 不能被重排序到 A 和 B 的前面（C 排到 A 和 B 的前面，程序的结果将会被改变）。但 A 和 B 之间没有数据依赖关系，编译器和处理器可以重排序 A 和 B 之间的执行顺序。as-if-serial 语义把单线程程序保护了起来，遵守 as-if-serial 语义的编译器，runtime 和处理器共同让编写单线程程序的程序员产生了一个幻觉：单线程程序是按程序的顺序来执行的**。**as-if-serial 语义使程序员无需担心重排序会干扰他们，也无需担心内存可见性问题。

happens-before 规则

上面的内容讲述了重排序原则，一会是编译器重排序一会是处理器重排序，如果让程序员再去了解这些底层的实现以及具体规则，那么程序员的负担就太重了，严重影响了并发编程的效率。因此，JMM 为程序员在上层提供了六条规则，这样我们就可以根据规则去推论跨线程的内存可见性问题，而不用再去理解底层重排序的规则。

happens-before 定义

happens-before 的概念最初由 Leslie Lamport 在其一篇影响深远的论文（《Time，Clocks and the Ordering of Events in a Distributed System》）中提出，有兴趣的可以 google 一下。JSR-133 使用 happens-before 的概念来指定两个操作之间的执行顺序。由于这两个操作可以在一个线程之内，也可以是在不同线程之间。因此，**JMM 可以通过 happens-before 关系向程序

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员提供跨线程的内存可见性保证**（如果 A 线程的写操作 a 与 B 线程的读操作 b 之间存在 happens-before 关系，尽管 a 操作和 b 操作在不同的线程中执行，但 JMM 向程序员保证 a 操作将对 b 操作可见）。具体的定义为：

1）如果一个操作 happens-before 另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。

2）两个操作之间存在 happens-before 关系，并不意味着 Java 平台的具体实现必须要按照 happens-before 关系指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果，与按 happens-before 关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法（也就是说，JMM 允许这种重排序）。

上面的 1）是 JMM 对程序员的承诺。

从程序员的角度来说，可以这样理解 happens-before 关系：如果 A happens-before B，那么 Java 内存模型将向程序员保证——A 操作的结果将对 B 可见，且 A 的执行顺序排在 B 之前。注意，这只是 Java 内存模型向程序员做出的保证！

上面的 2）是 JMM 对编译器和处理器重排序的约束原则。

正如前面所言，JMM 其实是在遵循一个基本原则：只要不改变程序的执行结果（指的是单线程程序和正确同步的多线程程序），编译器和处理器怎么优化都行。JMM 这么做的原因是：程序员对于这两个操作是否真的被重排序并不关心，程序员关心的是程序执行时的语义不能被改变（即执行结果不能被改变）。因此，happens-before 关系本质上和 as-if-serial 语义是一回事。

具体规则

具体的一共有六项规则：

1. 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before 于该线程中的任意后续操作。

2. 监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before 于随后对这个锁的加锁。

3. volatile 变量规则：对一个 volatile 域的写，happens-before 于任意后续对这个 volatile 域的读。

4. 传递性：如果 A happens-before B，且 B happens-before C，那么 A happens-before C。

5. start()规则：如果线程 A 执行操作 ThreadB.start()（启动线程 B），那么 A 线程的 ThreadB.start()操作 happens-before 于线程 B 中的任意操作。

6. join()规则：如果线程 A 执行操作 ThreadB.join()并成功返回，那么线程 B 中的任意操作 happens-before 于线程 A 从 ThreadB.join()操作成功返回。

7. 程序中断规则：对线程 interrupted()方法的调用先行于被中断线程的代码检测到中断时间的发生。

8. 对象 finalize 规则：一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）先行于发生它的 finalize()方法的开始。

下面以一个具体的例子来讲下如何使用这些规则进行推论：

double pi = 3.14; //A

double r = 1.0; //B

double area = pi * r * r; //C