首家大数据培训挂牌机构 股票代码:837906 | EN CN
Java是什么?
Java历史
Java语言特点
C++ VS Java比较
Java工厂设计模式
Java抽象工厂模式
Java单例模式
Java建造者(Builder)模式
Java原型模式
Java适配器模式
Java桥接模式
Java获取网络文件大小
Java套接字到单一的客户端
Java连接套接字
Java URL部分
Java URL连接日期
Java下载网页
Java主机指定IP地址
Java确定本地IP地址
Java检查端口占用
Java查找代理服务器设置
Java创建Socket
Java线程实例
Java检查线程活着
Java如何检查一个线程停止或没有?
Java解决死锁实例
Java如何获取正在运行的线程的优先级?
Java如何监视线程的状态?
Java获取线程名称
Java线程生产者消费者问题
Java如何设置线程的优先级?
Java如何停止线程一会儿?
Java如何暂停线程?
Java获取线程ID
Java如何检查线程的优先级?
Java显示所有正在运行的线程?
Java显示线程状态
Java中断一个线程
Java Applet实例
Java创建Applet
Java使用Applet创建横幅
Java使用Applet显示时钟?
Java在一个Applet创建不同形状
Java如何使用Applet填充形状的颜色?
Java使用Applet跳转到一个链接
Java在Applet创建事件监听器
Java使用Applet显示图像
Java使用Applet在新窗口中打开链接
Java使用Applet播放声音?
Java使用Applet读取文件
Java使用Applet写入文件
Java中Swing应用程序applet
Java简单的图形用户界面-GUI
Java以不同的字体显示文本
Java使用GUI画一条线
Java创建框架-frame
Java使用GUI显示多边形
Java在矩形中显示文本
Java GUI显示不同形状
Java如何绘制GUI实心矩形?
Java创建GUI透明光标
Java检查GUI平滑处理状态
Java在框架中显示颜色
Java GUI显示饼图
Java使用图形用户界面绘制文本
Java编辑表-table
Java 使用prepared语句
Java使用保存点和回滚
Java同时执行数据库多个SQL命令
Java使用行方法
Java使用列方法
Java正则表达式实例
Java将字符串分割
Java搜索重复单词
Java查找出现的单词
Java最后一个词的索引
Java模式匹配
Java删除空格
Java匹配电话号码
Java计数组词
Java搜索词组
Java拆分正则表达式
Java替换第一个出现字符串
Java检查日期格式
Java验证电子邮件地址格式
Java替换所有匹配字符串
Java使每个单词的第一个字母大写
从XML创建SqlSessionFactory实例
不使用XML来创建SqlSessionFactory
从SqlSessionFactory获取SqlSession
映射SQL语句
作用域和生命周期
Mapper XML配置
properties元素
Settings元素
typeAliases 元素
typeHandlers元素
理解CacheLine与写出更好的JAVA
Java核心技术点之动态代理
更好的使用JAVA线程池
理解Java中字符流与字节流的区别
深入分析Java方法反射的实现原理
关于Java面试,你应该准备这些知识点
Java内存模型
2017年你不能错过的Java类库
Leakcanary Square的一款Android/Java内存泄漏检测工具
Java Synchronised机制
Java核心技术点之注解
JVM(8):JVM知识点总览-高级Java工程师面试必备
JVM(3):Java GC算法 垃圾收集器
JVM(1):Java 类的加载机制
解决ActiveMQ中,Java与C++交互中文乱码问题
关于Java Collections的几个常见问题
Java I/O 总结
JVM源码分析之Java对象的创建过程
JVM源码分析之Java类的加载过程
Java GC的那些事(下)
Java GC的那些事(上)
java对象头的HotSpot实现分析
面试的角度诠释Java工程师(一)
面试的角度诠释Java工程师(二)
框架开发之Java注解的妙用
谈谈Java反射机制
Java并发:volatile内存可见性和指令重排
死磕Java并发:Java内存模型之happens-before
死磕Java并发:深入分析volatile的实现原理
死磕Java并发:深入分析synchronized的实现原理
Java 10 可能对 Lambda 表达式进行升级
G1垃圾回收器中的字符串去重(Java 8 Update 20)
Java RESTful框架的性能比较
理解RxJava的线程模型
继续了解Java的纤程库 – Quasar
Java中的纤程库 – Quasar
Java豆瓣电影爬虫——抓取电影详情和电影短评数据
Java集合框架源码剖析:LinkedHashSet 和 LinkedHashMap
Java Lambda表达式初探
Java中的陷阱题
Java 9的这一基本功能,你可能从未听过
关于Java并发编程的总结和思考
几种简单的负载均衡算法及其Java代码实现
JAVA虚拟机关闭钩子(Shutdown Hook)
Java 脚本化编程指南
Java Scripting API 使用示例
Java 8 的 Nashorn 脚本引擎教程
如何开始使用 Java 机器学习
CognitiveJ —— Java 的图像分析库
Java 性能优化的五大技巧
Java 解惑:Comparable 和 Comparator 的区别
Google Java编程风格指南
java NIO详解
Java 异常处理的误区和经验总结
Java语法糖(4):内部类
Java语法糖(3):泛型
Java语法糖(2):自动装箱和自动拆箱
Java消息队列任务的平滑关闭
Java语法糖(1):可变长度参数以及foreach循环原理
2016最流行的Java EE服务器
自己写一个java.lang.reflect.Proxy代理的实现
java 如何在pdf中生成表格
如何防止单例模式被JAVA反射攻击
java虚拟机 jvm 局部变量表实战
聊聊并发-Java中的Copy-On-Write容器
java.lang.Instrument 代理Agent使用
Java开发者需要了解的移动开发编程语言
13个不容错过的Java项目
2016年7款最佳 Java 框架推荐
Java 开发者值得关注的 11 个技术博客
Redmonk发布Java框架流行度调研结果
Java 8开发的4大顶级技巧
GitHub漫游指南:10个值得你关注的Java项目
除了Guava,Java开发者还值得了解的5个谷歌类库
Java中创建对象的5种不同方法
Java性能优化全攻略
奇怪的Java题:为什么1000 == 1000返回为False,而100 == 100会返回为True?
11个最值得Java开发者收藏的网站
Java的常见误区与细节
对Java意义重大的7个性能指标
Java调优经验谈
关于Java并发编程的总结和思考
HDFS Federation设计动机与基本原理
《Effective STL》学习笔记(第三部分)
《Effective STL》学习笔记(第二部分)
《Effective STL》学习笔记(第一部分)
数据结构之位图
Thrift使用指南
Cassandra概要介绍
Cassandra部署与安装
Cassandra客户端
Cassandra数据模型
Cassandra中的各种策略
数据结构之树状数组
数据结构之伸展树
数据结构之后缀数组
数据结构之堆
浅析MRv1与MRv2的API兼容性
Apache Tez最新进展
运行在YARN上的计算框架
从传统操作系统角度理解Hadoop YARN

死磕Java并发:Java内存模型之happens-before

于2017-05-10由小牛君创建

分享到:


在上篇博客(死磕Java并发:深入分析volatile的实现原理)LZ提到过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。那么我们正确使用同步、锁的情况下,线程A修改了变量a何时对线程B可见?

我们无法就所有场景来规定某个线程修改的变量何时对其他线程可见,但是我们可以指定某些规则,这规则就是happens-before,从JDK 5 开始,JMM就使用happens-before的概念来阐述多线程之间的内存可见性。

在JMM中,如果一个操作执行的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。

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。

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》)

happens-before

参考资料

  1. 周志明:《深入理解Java虚拟机》
  2. 方腾飞:《Java并发编程的艺术》