Java 先行发生原则（Happens-Before）_内存模型 程晓明 深入理解java虚拟机

读《深入理解Java虚拟机》第三版，周志明著。
读《Java并发编程的艺术》方腾飞、魏鹏、程晓明著。
读《Java并发编程实战》。
笔记。

先行发生原则可以判断数据是否存在竞争，线程是否安全。
如果两个操作之间缺乏 happens-before关系，那么 JVM 可以对它们任意地排序。

一、什么是 “ 先行发生 ” ？

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。

《JSR-133: Java Memory Model and Thread Specification》对 happens-before 关系的定义如下：

• 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被第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。
• 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）。

第一条是JMM对程序的承诺。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！
第二条是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）。

二、一些 “ 天然的 ” 先行发生关系

这些先行发生关系无须任何同步器协助就已经存在，可以在编码中直接使用。

• 程序次序规则（Program Order Rule）：在一个线程内，按照控制流顺序，书写在签名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。
• 管程锁定规则（Monitor Lock Rule）：在一个 unlock 操作先行发生于后面对同一个锁的 lock 操作。这里的 “ 后面 ” 是指时间上的先后。
• volatile 变量规则（Volatile Variable Rule）：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。
• 线程启动规则（Thread Start Rule）：Thread 对象的 start() 方法先行发生于此线程的每个动作。
• 线程终止规则（Thread Termination Rule）：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() 的放回值等手段检测线程是否已经终止执行。
• 线程中断规则（Thread Interruption Rule）：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。
• 对象终结规则（Finalizer Rule）：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。
• 传递性（Transitivity）：如果操作 A 发行发生于操作 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。

三、换个角度理解 happens-before 规则

• 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。
• 监视器规则：对一个锁的解锁，happens-before 于随后对这个锁的加锁。
• 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。
• 传递性：如果 A happens-before B，且 B happens-before C，那么 A happens-before C。