【高并发】一文秒懂Happens-Before原则

冰 河 发表于 2021/11/11 20:33:06 2021/11/11
【摘要】 在并发编程中,Happens-Before原则是我们必须要掌握的,今天我们就一起来详细聊聊并发编程中的Happens-Before原则。

大家好,我是冰河~~

在并发编程中,Happens-Before原则是我们必须要掌握的,今天我们就一起来详细聊聊并发编程中的Happens-Before原则。

在正式介绍Happens-Before原则之前,我们先来看一段代码。
【示例一】

class VolatileExample {
  int x = 0;
  volatile boolean v = false;
  public void writer() {
    x = 42;
    v = true;
  }

  public void reader() {
    if (v == true) {
      //x的值是多少呢?
    }
  }
}

以上示例来源于:http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/jsr-133-faq.html#finalWrong

这里,假设线程A执行writer()方法,按照volatile会将v=true写入内存;线程B执行reader()方法,按照volatile,线程B会从内存中读取变量v,如果线程B读取到的变量v为true,那么,此时的变量x的值是多少呢??

这个示例程序给人的直觉就是x的值为42,其实,x的值具体是多少和JDK的版本有关,如果使用的JDK版本低于1.5,则x的值可能为42,也可能为0。如果使用1.5及1.5以上版本的JDK,则x的值就是42。

看到这个,就会有人提出问题了?这是为什么呢?其实,答案就是在JDK1.5版本中的Java内存模型中引入了Happens-Before原则。

接下来,我们就结合案例程序来说明Java内存模型中的Happens-Before原则。

【原则一】程序次序规则

在一个线程中,按照代码的顺序,前面的操作Happens-Before于后面的任意操作。

例如【示例一】中的程序x=42会在v=true之前执行。这个规则比较符合单线程的思维:在同一个线程中,程序在前面对某个变量的修改一定是对后续操作可见的。

【原则二】volatile变量规则

对一个volatile变量的写操作,Happens-Before于后续对这个变量的读操作。

也就是说,对一个使用了volatile变量的写操作,先行发生于后面对这个变量的读操作。这个需要大家重点理解。

【原则三】传递规则

如果A Happens-Before B,并且B Happens-Before C,则A Happens-Before C。

我们结合【原则一】、【原则二】和【原则三】再来看【示例一】程序,此时,我们可以得出如下结论:

(1)x = 42 Happens-Before 写变量v = true,符合【原则一】程序次序规则。

(2)写变量v = true Happens-Before 读变量v = true,符合【原则二】volatile变量规则。

再根据【原则三】传递规则,我们可以得出结论:x = 42 Happens-Before 读变量v=true。

也就是说,如果线程B读取到了v=true,那么,线程A设置的x = 42对线程B就是可见的。换句话说,就是此时的线程B能够访问到x=42。

其实,Java 1.5版本的 java.util.concurrent并发工具就是靠volatile语义来实现可见性的。

【原则四】锁定规则

对一个锁的解锁操作 Happens-Before于后续对这个锁的加锁操作。

例如,下面的代码,在进入synchronized代码块之前,会自动加锁,在代码块执行完毕后,会自动释放锁。

【示例二】

public class Test{
    private int x = 0;
    public void initX{
        synchronized(this){ //自动加锁
            if(this.x < 10){
                this.x = 10;
            }
        } //自动释放锁
    }
}

我们可以这样理解这段程序:假设变量x的值为10,线程A执行完synchronized代码块之后将x变量的值修改为10,并释放synchronized锁。当线程B进入synchronized代码块时,能够获取到线程A对x变量的写操作,也就是说,线程B访问到的x变量的值为10。

【原则五】线程启动规则

如果线程A调用线程B的start()方法来启动线程B,则start()操作Happens-Before于线程B中的任意操作。

我们也可以这样理解线程启动规则:线程A启动线程B之后,线程B能够看到线程A在启动线程B之前的操作。

我们来看下面的代码。

【示例三】

//在线程A中初始化线程B
Thread threadB = new Thread(()->{
    //此处的变量x的值是多少呢?答案是100
});
//线程A在启动线程B之前将共享变量x的值修改为100
x = 100;
//启动线程B
threadB.start();

上述代码是在线程A中执行的一个代码片段,根据【原则五】线程的启动规则,线程A启动线程B之后,线程B能够看到线程A在启动线程B之前的操作,在线程B中访问到的x变量的值为100。

【原则六】线程终结规则

线程A等待线程B完成(在线程A中调用线程B的join()方法实现),当线程B完成后(线程A调用线程B的join()方法返回),则线程A能够访问到线程B对共享变量的操作。

例如,在线程A中进行的如下操作。

【示例四】

Thread threadB = new Thread(()-{
    //在线程B中,将共享变量x的值修改为100
    x = 100;
});
//在线程A中启动线程B
threadB.start();
//在线程A中等待线程B执行完成
threadB.join();
//此处访问共享变量x的值为100

【原则七】线程中断规则

对线程interrupt()方法的调用Happens-Before于被中断线程的代码检测到中断事件的发生。

例如,下面的程序代码。在线程A中中断线程B之前,将共享变量x的值修改为100,则当线程B检测到中断事件时,访问到的x变量的值为100。

【示例五】

    //在线程A中将x变量的值初始化为0
    private int x = 0;

    public void execute(){
        //在线程A中初始化线程B
        Thread threadB = new Thread(()->{
            //线程B检测自己是否被中断
            if (Thread.currentThread().isInterrupted()){
                //如果线程B被中断,则此时X的值为100
                System.out.println(x);
            }
        });
        //在线程A中启动线程B
        threadB.start();
        //在线程A中将共享变量X的值修改为100
        x = 100;
        //在线程A中中断线程B
        threadB.interrupt();
    }

【原则八】对象终结原则

一个对象的初始化完成Happens-Before于它的finalize()方法的开始。

例如,下面的程序代码。

【示例六】

public class TestThread {

   public TestThread(){
       System.out.println("构造方法");
   }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println("对象销毁");
    }

    public static void main(String[] args){
        new TestThread();
        System.gc();
    }
}

运行结果如下所示。

构造方法
对象销毁

好了,今天就到这儿吧,我是冰河,我们下期见~~

【版权声明】本文为华为云社区用户原创内容,转载时必须标注文章的来源(华为云社区),文章链接,文章作者等基本信息,否则作者和本社区有权追究责任。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,欢迎发送邮件至:cloudbbs@huaweicloud.com进行举报,并提供相关证据,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。
  • 点赞
  • 收藏
  • 关注作者

评论(0

0/1000
抱歉,系统识别当前为高风险访问,暂不支持该操作

全部回复

上滑加载中

设置昵称

在此一键设置昵称,即可参与社区互动!

*长度不超过10个汉字或20个英文字符,设置后3个月内不可修改。

*长度不超过10个汉字或20个英文字符,设置后3个月内不可修改。