Java先行发生(happens-before)原则

本文详细介绍了Java内存模型中的先行发生原则,包括程序次序规则、管程锁定规则等8种规则,帮助读者理解线程安全性及数据竞争问题。

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Java语言中存在一个“先行发生”原则,可以用于判断线程是否安全,数据是否存在竞争。

定义: 如果操作A先行发生于操作B,那么在操作B之前,操作A产生的影响能被操作B观察到。

Java内存模型存在以下先行发生关系,无须额外的同步操作。而不满足以下规则的两个操作,就没有顺序性保障,虚拟机可以对其进行指令重排序。

程序次序规则(Program Order Rule):在一个线程内,按照代码顺序(实际上是控制流顺序),书写在前面的操作先行发生书写在后面的操作。

管程锁定规则(Monitor Lock Rule):一个unlock操作先行发生于时间上靠后的对同一个锁的lock操作。

volatile变量规则(Volatile Varable Rule):对一个volatile变量的写操作先行发生于时间上靠后的对该变量的读操作。(原因可以参考关于volatile保障变量可见性的描述)

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一个动作。

线程终止规则(Thread Termination Rule):线程中的每一个操作都先行发生于对此线程的终止检测。

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,即中断具有确定性。

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先行发生于操作B,操作B先行发生于操作C,则操作A先行发生于操作C。

要注意的是,时间上的先发生不代表先行发生,先行发生也不可以得出时间上是否先发生的结论。

参考文献:

《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳时间》,第2版,周志明


### 回答1: Java内存模型是指Java虚拟机(JVM)中的内存管理系统。它定义了Java程序中的内存访问规则,并且确保了程序的同步、并发、可见性等问题。 Java内存模型的核心部分是对各种内存区域(如工作内存、主内存)的抽象,并且管理线程如何在这些内存区域之间传递数据。例如,当一个线程修改了共享变量,Java内存模型会保证这个修改对其他线程是可见的。 另外,Java内存模型还提供了同步机制,例如`synchronized`关键字,以确保多个线程之间的数据同步。 总的来说,Java内存模型是Java程序中非常重要的一部分,它确保了Java程序的正确性和可靠性,是Java程序员必须掌握的知识。 ### 回答2: Java内存模型(Java Memory Model, JMM)定义了Java虚拟机(JVM)在多线程环境下的内存访问规则和操作行为。 首,JMM保证了所有的变量都存储在主内存中,每个线程都有自己的工作内存,工作内存保存了主内存中一部分变量的拷贝副本。 其次,JMM定义了八种原子操作(Lock, Read, Write, Load, Store, Unlock, Acton, Monitor Enter/Exit),这些操作都是原子的,即不可被中断。 此外,JMM还定义了 happens-before 关系来规定对内存的操作顺序。如果一个操作 happens-before 另一个操作,那么前一个操作对于后一个操作来说是可见的,即后一个操作可以看到前一个操作的结果。 具体来说,以下情况会导致 happens-before 关系: 1. 程序顺序规则(Program Order Rule):程序中的每个操作按照代码顺序执行,先行发生操作 happens-before 于后续操作。 2. volatile规则:对volatile变量的写操作 happens-before 于后续对该变量的读操作。 3. 传递性规则:如果操作A happens-before 操作B,操作B happens-before 操作C,则操作A happens-before 操作C。 4. 管程中锁的规则:释放锁的操作 happens-before 后续对该锁的获取操作。 5. 线程启动规则:线程的start()方法 happens-before 于启动的线程中的任何操作。 6. 线程终止规则:线程的所有操作 happens-before 于其他线程检测到该线程的终止或者中断。 Java内存模型的主要目标是提供可见性(visibility)和有序性(ordering)的保证。可见性确保一个线程对共享变量的修改对其他线程是可见的,有序性则保证了程序执行的顺序符合预期。 总结来说,Java内存模型定义了线程之间如何进行通信、同步以及访问共享变量的规范,并提供了一套 happens-before 关系来确保可见性和有序性的保证。了解Java内存模型对于编写多线程程序以及理解并发问题是至关重要的。
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