happens-before规则和示例

写在前面的话

理解happens-before的关键在于理解Java的内存模型. 关于Java内存的模型可以简单理解为下图.

每个线程都有自己的一片小区域用于当前的操作, 因此用到的变量会从主存拷贝到本地内存, 每个线程在自己的本地内存中操作变量, 而主存保留的还是最原始没有修改的数据, 因此多个线程对同一份数据进行操作时, 就会发生意向不到的结果.

简述

happens-before共有8个规则

1. 程序次序规则: 在一个线程中, 按照程序代码顺序,书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作。准确地说,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。
2. 管程锁定规则: 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。
3. 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顺序。
4. 线程启动规则: Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作。
5. 线程终止规则: 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。
6. 线程中断规则: 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。
7. 对象终结规则: 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。
8. 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。

上面的8个规则摘录自<<深入理解Java虚拟机>>一书中. 上述的规则说明先发生的操作, 其产生的结果对后面操作是可以观察到的. 可以用这8个规则判断线程之间是否有并发问题.

深入理解

先来对上述8个规则进行抽象总结下. 8个规则涉及线程相关,非线程相关. 其中线程相关有4个规则,

关于线程相关的规则如下:

1. 程序次序规则
2. 线程启动规则
3. 线程终止规则
4. 线程中断规则

关于非线程相关的规则如下:

1. volatile变量规则
2. 管程锁定规则
3. 对象终结规则
4. 传递性

下面例子使用了线程中断规则, 在主线程中interrupt创建的Thread线程, 它会立马观察到自己的中断标志.

public static void main(String[] args) {
    Thread thread = new Thread() {
        @Override
        public void run() {
        	// 如果没有线程通知我中断, 则一直运行
            while (!isInterrupted()) {
                try {
                    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                    System.out.print(".");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    };
    thread.start();
    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        // 调用 thread 线程中断, thread线程可以立即观察到
        thread.interrupt();
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

下面例子使用volatile变量规则, 如果不使用volatile修饰变量, 在本人电脑上该程序会一直运行. 感兴趣的可以自行实践下.

// 注意 isStop 变量没有用volatile修饰
// 如果用volatile修饰, 则main线程修改isStop之后, thread线程会立马停止
public static boolean isStop = false;
public static void main(String[] args) {
    Thread thread = new Thread() {
        @Override
        public void run() {
            long l = System.currentTimeMillis();
            while (!isStop) {
                //do nothing
            }
            System.out.println(System.currentTimeMillis() - l);
        }
    };
    thread.start();
    try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(3);
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    isStop = true;
    System.out.println("Set stop is true");
}

写在后面的话

其他的一些规则, 后续有时间的话会补充上来. 看到这里, 起码掌握了以下内容.

1. 了解happens-before的8大规则
2. 能够简单运用volatie变量规则, 管程锁定规则,程序次序规则,线程中断规则,线程启动规则,线程终止规则, 因为对象终止规则用的很少, 知道即可. 传递性规则需要结合大量编码练习在实践中掌握.