指令重排序遵循的as-if-serial与happens-before原则

本文深入探讨了as-if-serial语义和happens-before原则,这两个概念是理解多线程环境中指令重排序的关键。as-if-serial保证单线程执行的正确性,而happens-before原则则规定了多线程间的可见性和有序性,包括程序顺序、锁、volatile、线程启动、线程终止、线程中断和对象终结等规则。了解这些原则对于编写高效且正确的并发代码至关重要。

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指令重排序遵循的as-if-serial与happens-before原则

as-if-serial语义

    as-if-serial的意思是:编译器和处理器为了提高并行度不管怎么重排序,(单线程)程序的执行结果不能
 被改变。 
   为了遵守as-if-serial语义,编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序,因为这种重排序会
 改变执行结果。但是,操作之间不存在数据依赖关系,这些操作就可能被编译器和处理器重排序。

happens-before原则

指令重排需要遵守的原则:

  1. 程序顺序原则
    即在一个线程内必须保证语义串行性,也就是说代码必须语义上顺序执行。
  2. 锁规则
    对同一个锁操作,解锁操作必然发生在后续的同一个锁的加锁之前。也就是如果想要进行加锁操作,必须在该锁被解锁之后才行。
  3. volatile规则
    volatile变量的写先发生于读,这保证了volatile变量的可见性。简单来讲,volatile变量在每次被线程访问时,都强迫从主存中读该变量的值,而当该变量发生变化时,又会强迫从将最新的值刷新到主内存,任何时刻,不同线程总是能够看到该变量的最新值。
  4. 线程启动规则
    如果主线程在执行线程B的start()方法之前修改了共享变量的值,那么当线程B执行start方法时,线程A对共享变量的修改对线程B可见。
  5. 传递性
    A语句先于B语句,B语句先于C语句,则A语句先于C语句。
  6. 线程终止规则
    线程的所有操作先于线程的终结。Thread.join()方法的作用是等待当前执行的线程的终止。假设在线程B终止之前,修改了共享变量,线程A从线程B的join()方法成功返回后,线程B对共享变量的修改对线程A可见。
  7. 线程中断规则
    对线程interrupt()的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,可以通过Thread.interrupted()方法检测线程是否中断。
  8. 对象终结规则
    对象构造函数的执行结束,先于finalize()方法。
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