happens-before

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问题：

  在JMM中，由于存在线程本地内存和主内存的原因，再加上重排序，会导致多线程环境下存在可见性的问题。
  JDK5开始，JMM使用happens-before概念来阐述多线程之间的内存可见性问题。

  在JMM中，如果一个操作的执行结果需要对另一个操作可见，那么这两个操作之间必须存在happens-before关系。

  happens-before原则非常重要，它是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据，依靠这个规则，我们解决在并发环境下两操作之间是否可能存在冲突的所有问题。

内容：

happens-before原则定义：

  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在第二个操作之前。
  2. 两个操作之间存在happens-before原则，并不意味着一定要按照happens-before原则制定的顺序来执行。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，那么这种重排序并不非法。

happens-before原则规则：

  1. 程序次序规则：一个线程内，按照代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作；
  2. 锁定规则：一个unLock操作先行发生于后面对同一个锁额lock操作；
  3. volatile变量规则：对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作；
  4. 传递规则：如果操作A先行发生于操作B，而操作B又先行发生于操作C，则可以得出操作A先行发生于操作C；
  5. 线程启动规则：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每个一个动作；
  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；
  7. 线程终结规则：线程中所有的操作都先行发生于线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值手段检测到线程已经终止执行；
  8. 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始；

程序次序规则：

  一段代码在单线程中的执行结果是有序的，注意是执行结果，因为虚拟机、处理器会对指令进行重排序（重排序后面会详细介绍）。虽然重排序了，但是并不会影响程序的执行结果，所以程序最终执行的结果与顺序执行的结果是一致的。故而这个规则只对单线程有效，在多线程环境下无法保证正确性。

锁定规则：

  这个规则比较好理解，无论是在单线程环境还是多线程环境，一个锁处于被锁定状态，那么必须先执行unlock操作后面才能进行lock操作。

volatile变量规则：

   这是一条比较重要的规则，它标志着volatile保证了线程可见性。通俗点讲就是如果一个线程先去写一个volatile变量，然后一个线程去读这个变量，那么这个写操作一定是happens-before读操作的。

传递规则：

  提现了happens-before原则具有传递性，即A happens-before B , B happens-before C，那么A happens-before C。

线程启动规则：

  假定线程A在执行过程中，通过执行ThreadB.start()来启动线程B，那么线程A对共享变量的修改在接下来线程B开始执行后确保对线程B可见。

线程终结规则：

  假定线程A在执行的过程中，通过制定ThreadB.join()等待线程B终止，那么线程B在终止之前对共享变量的修改在线程A等待返回后可见。

总结

  上面八条是原生Java满足Happens-before关系的规则，但是我们可以对他们进行推导出其他满足happens-before的规则：

  1. 将一个元素放入一个线程安全的队列的操作Happens-Before从队列中取出这个元素的操作。
  2. 将一个元素放入一个线程安全容器的操作Happens-Before从容器中取出这个元素的操作。
  3. 在CountDownLatch上的倒数操作Happens-Before CountDownLatch#await()操作。
  4. 释放Semaphore许可的操作Happens-Before获得许可操作。
  5. Future表示的任务的所有操作Happens-Before Future#get()操作。
  6. 向Executor提交一个Runnable或Callable的操作Happens-Before任务开始执行操作。
  7. 如果两个操作不满足上述任意一个happens-before规则，那么这两个操作就没有顺序的保障，JVM就可以对这两个操作进行重排序。如果操作Ahappens-before操作B，那么操作A在内存上所做的操作对操作B都是可见的。
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