JMM之happens-before

1.happens-before的定义

happens-before关系的定义如下：
（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照happens-before关系来执行的结果一致，则JMM允许这种重排序。

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如上定义，其中（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JMM向程序员保证A操作的执行结果将对B操作可见，且A的执行顺序排在B之前。但是注意，这只是JMM向程序员做出的保证。
（2）是JMM对编译器和处理器重排序的约束原则。JMM所遵循的基本原则：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），编译器和处理器怎样优化都可以。JMM这么做的原因是：程序员对于两个操作是否被重排序并不关心，程序员关心的是程序的执行结果不能被改变。

2.as-if-serial

as-if-serial：不管怎么重排序，（单线程）程序的执行结果不能被改变。
编译器、runtime、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，因为这样会改变程序的执行结果。

3.happens-before与as-if-serial

happens-before关系本质上和as-if-serial语义是一回事。

• as-if-serial语义保证单线程内程序的执行结果不会被改变，happens-before关系保证正确同步的多线程程序的执行结果不会被改变。
• as-if-serial语义给编写单线程程序的程序员创造了一个幻境：单线程程序是按照程序的执行顺序来执行的。happens-before关系给编写正确同步的多线程程序的程序员创造了一个幻境：正确同步的多线程程序是按照happens-before指定的顺序来执行的。

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happens-before与as-if-serial这样设计的目的，都是为了在不改变程序执行结果的前提下，尽可能地提高程序的执行效率与并行度。

4.happens-before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，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()，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()操作成功返回后的任意后续操作。

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本文源自：《Java并发编程的艺术》