浅谈Java内存模型之happens-before

2024-12-23 23:28:41

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，依靠这个原则，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。下面我们就一个简单的例子稍微了解下happens-before ；

i = 1; //线程A执行 j = i ; //线程B执行
j 是否等于1呢？假定线程A的操作（i = 1）happens-before线程B的操作（j = i）,那么可以确定线程B执行后j = 1 一定成立，如果他们不存在happens-before原则，那么j = 1 不一定成立。这就是happens-before原则的威力。

happens-before原则定义如下：

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。

下面是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；

我们来详细看看上面每条规则（摘自《深入理解Java虚拟机第12章》）：

程序次序规则：一段代码在单线程中执行的结果是有序的。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。
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。

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

这里再说一遍happens-before的概念：如果两个操作不存在上述（前面8条 + 后面6条）任一一个happens-before规则，那么这两个操作就没有顺序的保障，JVM可以对这两个操作进行重排序。如果操作A happens-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。

下面就用一个简单的例子来描述下happens-before原则：

private int i = 0;

public void write(int j ){
 i = j;
}

public int read(){
 return i;
}

我们约定线程A执行write()，线程B执行read()，且线程A优先于线程B执行，那么线程B获得结果是什么？；我们就这段简单的代码一次分析happens-before的规则（规则5、6、7、8 + 推导的6条可以忽略，因为他们和这段代码毫无关系）：

1.由于两个方法是由不同的线程调用，所以肯定不满足程序次序规则；
2.两个方法都没有使用锁，所以不满足锁定规则；
3.变量i不是用volatile修饰的，所以volatile变量规则不满足；
4.传递规则肯定不满足；

所以我们无法通过happens-before原则推导出线程A happens-before线程B，虽然可以确认在时间上线程A优先于线程B指定，但是就是无法确认线程B获得的结果是什么，所以这段代码不是线程安全的。那么怎么修复这段代码呢？满足规则2、3任一即可。

happen-before原则是JMM中非常重要的原则，它是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据，保证了多线程环境下的可见性。

下图是happens-before与JMM的关系图（摘自《Java并发编程的艺术》）

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们

浅谈Java并发中的内存模型

什么是JavaMemoryModel(JMM)? JMM通过构建一个统一的内存模型来屏蔽掉不同硬件平台和不同操作系统之间的差异,让Java开发者无需关注不同平台之间的差异,达到一次编译,随处运行的目的,这也正是Java的设计目的之一. CPU和内存在讲JMM之前,我想先和大家聊聊硬件层面的东西.大家应该都知道执行运算操作的CPU本身是不具备存储能力的,它只负责根据指令对传递进来的数据做相应的运算,而数据存储这一任务则交给内存去完成.虽然内存的运行速度虽然比起硬盘快非常多,但是和3GHZ,4GH
java并发之原子操作类和非阻塞算法

背景近年来,在并发算法领域的大多数研究都侧重于非阻塞算法,这种算法用底层的原子机器指令(例如比较并发交换指令)代替锁来确保数据在并发访问中的一致性.非阻塞算法被广泛的用于在操作系统和JVM中实现线程/进程调度机制.垃圾回收机制以及锁和其他并发数据结构. 与基于锁的方案相比,非阻塞算法在设计和实现上都要复杂的多,但他们在可伸缩性和活跃性上却拥有巨大的优势,由于非阻塞算法可以使多个线程在竞争相同数据时不会发生阻塞,因此它能在粒度更细的层次上面进行协调,并且极大的减少调度开销.锁虽然Java语言锁定
Java并发编程之Condition源码分析（推荐）

Condition介绍上篇文章讲了ReentrantLock的加锁和释放锁的使用,这篇文章是对ReentrantLock的补充.ReentrantLock#newCondition()可以创建Condition,在ReentrantLock加锁过程中可以利用Condition阻塞当前线程并临时释放锁,待另外线程获取到锁并在逻辑后通知阻塞线程"激活".Condition常用在基于异步通信的同步机制实现中,比如dubbo中的请求和获取应答结果的实现. 常用方法 Condition中主要的
java并发编程实例分析

java并发编程是java程序设计语言的一块重点,在大部分的业务场景中都需要并发编程. 比如:并发的去处理http请求,这样就可以使得一台机器同时处理多个请求,大大提高业务的响应效率,从而使用用户体验更加流畅. java如何并发编程,要注意以下几个方面: 1.java语言中的多线程操作:创建和启动线程的几种方式. 2.共享变量的同步问题,要保证线程安全,辨别哪些变量是线程安全的.那些变量是线程不安全的,对于不安全的变量我们要想办法让其同步,一般也就是加锁. 3.线程锁:包括方法锁和synchro
浅谈Java并发 J.U.C之AQS：CLH同步队列

CLH同步队列是一个FIFO双向队列,AQS依赖它来完成同步状态的管理,当前线程如果获取同步状态失败时,AQS则会将当前线程已经等待状态等信息构造成一个节点(Node)并将其加入到CLH同步队列,同时会阻塞当前线程,当同步状态释放时,会把首节点唤醒(公平锁),使其再次尝试获取同步状态. 在CLH同步队列中,一个节点表示一个线程,它保存着线程的引用(thread).状态(waitStatus).前驱节点(prev).后继节点(next),其定义如下: static final class Node
Java并发编程包中atomic的实现原理示例详解

线程安全: 当多个线程访问某个类时,不管运行时环境采用何种调度方式或者这些进程将如何交替执行,并且在主调代码中不需要任何额外的同步或协调,这个类都能表现出正确的行为,那么就称这个类时线程安全的. 线程安全主要体现在以下三个方面: 原子性:提供了互斥访问,同一时刻只能有一个线程对它进行操作可见性:一个线程对主内存的修改可以及时的被其他线程观察到有序性:一个线程观察其他线程中的指令执行顺序,由于指令重排序的存在,该观察结果一般杂乱无序引子在多线程的场景中,我们需要保证数据安全,就会考虑同步的
浅谈Java内存模型之happens-before

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,依靠这个原则,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.下面我们就一个简单的例子稍微了解下happens-before : i = 1; //线程A执行 j = i ; //线程B执行 j 是否等于1呢?假定线程A的操作(i = 1)happens-before线程B的操作(j = i),那么可以确定线程B执行后j = 1 一定成立,如果他们不存在happens-be
浅谈Java内存区域与对象创建过程

一.java内存区域 Java虚拟机在执行Java程序的过程中会把它所管理的内存划分为若干个不同的数据区域.这些区域都有各自的用途,以及创建和销毁的时间,有的区域随着虚拟机进程的启动而存在,有的区域则依赖用户线程的启动和结束而建立和销毁.根据<Java虚拟机规范(JavaSE7版)>的规定,Java虚拟机所管理的内存将会包括以下几个运行时数据区域. 1.程序计数器(线程私有) 程序计数器(Program Counter Register)是一块较小的内存空间,它可以看作是当前线程所执行的字节码
浅谈Java内存区域划分和内存分配策略

如果不知道,类的静态变量存储在那? 方法的局部变量存储在那? 赶快收藏 Java内存区域主要可以分为共享内存,堆.方法区和线程私有内存,虚拟机栈.本地方法栈和程序计数器.如下图所示,本文将详细讲述各个区域,同时也会讲述创建对象过程,内存分配策略, 和对象访问定位原理.觉得写得好的,可以点个收藏,绝对不亏. Java内存区域程序计数器程序计数器,可以看作程序当前线程所执行的字节码行号指示器.字节码解释器工作时就是通过改变计数器的值来选取下一条需要执行的字节码指令,分支.循环.跳转.异常处理都需
浅谈JAVA Actor模型的一致性与隔离性

一.Actor模型介绍在单核 CPU 发展已经达到一个瓶颈的今天,要增加硬件的速度更多的是增加 CPU 核的数目.而针对这种情况,要使我们的程序运行效率提高,那么也应该从并发方面入手.传统的多线程方法又极其容易出现 Bug 而难以维护,不过别担心,今天将要介绍另一种并发的模式能一定程度解决这些问题,那就是 Actor 模型. Actor 模型其实就是定义一组规则,这些规则规定了一组系统中各个模块如何交互及回应.在一个 Actor 系统中,Actor 是最小的单元模块,系统由多个 Actor 组
浅谈java+内存分配及变量存储位置的区别

Java内存分配与管理是Java的核心技术之一,之前我们曾介绍过Java的内存管理与内存泄露以及Java垃圾回收方面的知识,今天我们再次深入Java核心,详细介绍一下Java在内存分配方面的知识.一般Java在内存分配时会涉及到以下区域: ◆寄存器:我们在程序中无法控制 ◆栈:存放基本类型的数据和对象的引用,但对象本身不存放在栈中,而是存放在堆中(new 出来的对象) ◆堆:存放用new产生的数据 ◆静态域:存放在对象中用static定义的静态成员 ◆常量池:存放常量 ◆非RAM存储:硬盘等永久
浅谈java内存管理与内存溢出异常

说到内存管理,笔者这里想先比较一下java与C.C++之间的区别: 在C.C++中,内存管理是由程序员负责的,也就是说程序员既要完成繁重的代码编写工作又要时常考虑到系统内存的维护在java中,程序员无需考虑内存的控制和维护,而是交由JVM自动管理,这样就不容易出现内存泄漏和溢出的问题.然而,一旦出现内存泄漏和溢出方面的问题,如果不了解JVM的内存管理机制就很难找到错误所在. 1.JVM运行时数据区 JVM在运行java程序的时候会将它所管理的内存划分为若干个不同的区域,这些区域不仅有自己的用途
浅谈JAVA内存分配与参数传递

JAVA中方法的参数传递方式只有一种:值传递. JAVA内存分配: 1.栈:存放基本类型的数据.对象的引用(类似于C语言中的指针) 2.堆:存放用new产生的数据 3.静态域:存放在对象中用static定义的静态成员 4.常量池:存放常量 5.寄存器 6.非RAM存储 class BirthDate{ private int day; private int month; private int year; public BirthDate(int d,int m,int y){ day=d;
浅谈Java内存泄露

纳尼,Java 不是自动管理内存吗?怎么可能会出现内存泄泄泄泄泄泄漏! Java 最牛逼的一个特性就是垃圾回收机制,不用像 C++ 需要手动管理内存,所以作为 Java 程序员很幸福,只管 New New New 即可,反正 Java 会自动回收过期的对象... 那么 Java 都自动管理内存了,那怎么会出现内存泄漏,难道 Jvm 有 bug? 不要急,且听我慢慢道来.. 怎么判断可以被回收先了解一下 Jvm 是怎么判断一个对象可以被回收.一般有两种方式,一种是引用计数法,一种是可达性分析.
浅谈JAVA 内存流的实现

掌握内存操作流输入和输出都是从文件中来的,当然,也可将输出的位置设置在内存上,这就需要ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream ByteArrayInputStream:将内容写入到内存中, ByteArrayOutputStream:将内存中数据输出此时的操作应该以内存为操作点. 利用此类完成一些功能. 常用方法 ByteArrayInputStream :是InputStream子类. public class ByteArrayInputS

浅谈Java内存模型之happens-before

相关推荐

随机推荐