【Java面试必修课】深入理解happens-before原则，告别线程安全问题！

最新推荐文章于 2025-11-27 15:21:28 发布

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Java基础

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在多线程编程中，可见性和有序性问题就像潜伏的幽灵，稍不留神就会导致程序崩溃。Java通过JMM（Java Memory Model）提供了一套内存可见性规则，而其中的happens-before原则正是解决这类问题的核心钥匙！本文将用实际代码案例，带你彻底搞懂这个让无数开发者头疼的“玄学”规则！

一、初识 happens-before （先行发生）

happens-before 原则，直译过来就是 “先行发生”。它规定了程序中某些操作必须在另一些操作之前发生，从而保证了程序执行的顺序性和内存可见性。简单来说，如果操作 A happens-before（先行发生）操作 B，那操作 A 的结果肯定对操作 B 可见，而且操作 A 完全执行完毕后，操作 B 才能开始执行。

💡关键点：happens-before ≠ 时间先后！它定义的是逻辑上的可见性顺序！

二、八大happens-before规则详解

1、程序顺序规则（Program Order Rule） ：在一个线程内，按照代码顺序，前面的操作 happens-before 后面的操作。比如：

int a = 1;
int b = 2;

这里，给变量 a 赋值的操作 happens-before 给变量 b 赋值的操作。这是单线程环境下最基本、好理解的规则。

2、监视器锁规则（Monitor Lock Rule） ：一个线程释放锁的操作 happens-before 另一个线程获取同一个锁的操作。比如多个线程抢同一把锁：

synchronized (lock) {
    // 临界区代码
}

线程 A 执行完临界区代码释放锁，这个释放锁的操作 happens-before 线程 B 获取到这把锁的操作。这就保证了线程 A 在临界区内对共享变量的修改，对后续进入临界区的线程 B 可见。

3、 volatile 变量规则（Volatile Variable Rule） ：对一个 volatile 变量的写操作 happens-before 对另一个 volatile 变量的读操作。例如：

volatile boolean flag = false;

// 线程 A
flag = true;

// 线程 B
while (!flag) {
    // 等待 flag 变为 true
}

线程 A 对 flag 变量的写操作 happens-before 线程 B 对 flag 变量的读操作，所以线程 B 能正确读到线程 A 修改后的 flag 值。

4、线程启动规则（Thread Start Rule） ：主线程 A 创建线程 B 并启动，主线程 A 的操作 happens-before 线程 B 的任何操作。比如：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int data = 1;
        Thread thread = new Thread(() -> {
            // 使用 data
        });
        thread.start();
    }
}

main 线程里对 data 的赋值操作 happens-before 新线程 thread 启动后使用 data 的操作。

5、 线程终止规则（Thread Termination Rule） ：线程 A 完成所有操作并终止，这个终止操作 happens-before 其他线程检测到线程 A 已终止的操作。比如：

Thread thread = new Thread(() -> {
    // 做一些事情
});
thread.start();
// 主线程等待 thread 结束
thread.join();
// thread.join() 返回，说明 thread 已终止

thread 线程执行完最后一条语句终止，这个终止操作 happens-before 主线程 thread.join() 返回，后续主线程就知道 thread 已结束。

6、中断规则（Interruption Rule）：调用线程的interrupt() happens-before 检测到中断（如抛出InterruptedException）。

7、对象终结规则（Finalizer Rule）：对象的构造函数结束 happens-before finalize()方法。

8、传递性（Transitivity） ：如果操作 A happens-before 操作 B，操作 B happens-before 操作 C，那操作 A happens-before 操作 C。这是组合使用上述规则时的关键补充。

三、为啥需要 happens-before？

在多线程环境下，CPU 为了追求性能，会对指令重排序，编译器也会优化代码顺序，这可能导致程序执行顺序和我们预期的代码顺序不一致，出现线程安全问题，比如数据不一致、看到半截更新的变量值等。happens-before 原则就能帮我们约束操作顺序，让不同线程正确读写共享变量，保证程序按预期执行。

四、面试中常考

Q1、什么是 happens-before 原则？请列举常见的 happens-before 规则

happens-before 原则是 Java 内存模型中的一个核心概念，它定义了一种偏序关系，当一个操作 A happens-before 操作 B 时，意味着 A 的操作结果对 B 是可见的，确保在并发环境下操作之间的依赖关系得到正确的执行和可见性保证。常见的规则见第二节。

Q2、happens-before 原则和 volatile 关键字的关系是什么？

volatile 关键字的其中一个语义就是保证了变量的写操作 happens-before 于后续的读操作。也就是说，对一个 volatile 修饰的变量的写操作一定会 happens-before 于任意后续对这个 volatile 变量的读操作，从而确保读线程能够看到写线程对该变量的最新修改。

Q3、happens-before 原则如何保证多线程环境下的内存可见性？

happens-before 原则通过定义操作之间的偏序关系，向开发人员提供跨越线程的内存可见性保证。如果一个操作的执行结果对另外一个操作可见，那么这两个操作之间必然存在 happens-before 关系，从而确保在多线程环境下，一个线程对共享变量的修改能够被其他线程及时、正确地看到，避免出现数据不一致、看到半截更新的变量值等线程安全问题。

Q4、请举例说明线程启动规则和线程终止规则在 happens-before 原则中的应用。

①线程启动规则：假设主线程 A 创建并启动了线程 B，在线程 B 启动之前，主线程 A 对某个共享变量进行了赋值操作。根据线程启动规则，主线程 A 的赋值操作 happens-before 线程 B 的任何操作，因此线程 B 能够看到主线程 A 对该共享变量的修改后的值。

②线程终止规则：例如，线程 A 在执行过程中修改了某个共享变量，然后终止。根据线程终止规则，线程 A 的所有操作 happens-before 其他线程检测到线程 A 已终止的操作，比如主线程通过 thread.join() 方法等待线程 A 结束。当主线程得知线程 A 终止后，就能看到线程 A 对共享变量的修改。