Java-重排序，happens-before 和 as-if-serial 语义

女爷i 2024-03-26 14:21 4阅读 0赞

#### 目录 ####

*  1. 如何解决重排序带来的问题
 *  2. happens-before

## 1. 如何解决重排序带来的问题 ##

对于编译器，JMM 的编译器重排序规则会禁止特定类型的编译器重排序。对于处理器重排序，JMM 的处理器重排序规则会要求编译器在生成指令序列时，插入特定类型的内存屏障（Memory Barries / Memory Fence）指令，通过内存屏障指令来禁止特定类型的处理器重排序。

由于常见的处理器内存模型比 JMM 要弱，Java 编译器在生成字节码时，会在执行指令序列的适当位置插入内存屏障来限制处理器的重排序。同时，由于各种处理器内存模型的强弱不同，为了在不同的处理器平台向程序员展示一个一致的内存模型，JMM 在不同的处理器中需要插入的内存屏障的数量和种类也不同。

**CPU内存屏障**：

1.  LoadLoad：禁止读和读的重排序；
2.  StoreStore：禁止写和写的重排序；
3.  LoadStore：禁止读和写的重排序；
4.  StoreLoad：禁止写和读的重排序。

**Java内存屏障**：

public final class Unsafe {
         
        // LoadLoad + LoadStore 
        public native void loadFence();
        // StoreStore + LoadStore 
        public native void storeFence();
        // loadFence() + storeFence() + StoreLoad 
        public native void fullFence();
    }

![在这里插入图片描述][f6813999a49649fda5686d780cb3c6ba.png]  
![在这里插入图片描述][81fe915007824a60a6c2c4f4d5a0d275.png]

## 2. happens-before ##

JMM 使用 happens-before 规则来阐述操作之间的内存可见性，以及什么时候不能重排序。

**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要存在 happens-before 关系。换个角度来说，如果A happens-before B，则意味着A的执行结果必须对B可见，也就是保证跨线程的内存可见性。**

其中，4条规则与程序员密切相关。

1.  程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before 于该线程中的任意后续操作；
2.  volatile 变量规则：对一个 volatile 域的写，happens-before 于任意后续对这个 volatile 域的读；
3.  synchronized 规则：对一个锁的解锁，happens-before 于随后对这个锁的加锁；
4.  传递性：若 A happens-before B，且 B happens-before C，则 A happens-before C；
5.  start() 规则：若线程 A 执行 ThreadB.start()，则线程 A 的这个操作 happens-before 于线程 B 中的任意操作；
6.  join() 规则：若线程 A 执行 ThreadB.join() 并成功返回，那么线程 B 中的任意操作 happens-before 于线程 A 从 ThreadB.join() 的成功返回。

**举个栗子**：

假设线程 A 执行 writer() 方法之后，线程 B 执行 reader() 方法。根据 happens-before 规则，这个过程建立的 happens-before 关系可以分为 3 类：

1.  根据顺序规则，1 happens-before 2，3 happens-before 4；
2.  根据 volatile 规则，2 happens-before 3；
3.  根据 happens-before 的传递性规则，1 happens-before 4。

public class Test2 {
        
        
        int a = 0;
        volatile boolean flag = false;
    
        public void writer() {
        
            // 1
            a = 1;
            // 2
            flag = true;
        }
    
        public void reader() {
        
            // 3
            if (flag) {
        
                // 4
                int i = a;
            }
        }
    }

更多关于「happens-before 和 as-if-serial 语义」请详细看这篇文章\->>[Java并发编程之happens-before和as-if-serial语义][Java_happens-before_as-if-serial]

[f6813999a49649fda5686d780cb3c6ba.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/0f76d8d099104b249cdb125f8aac40b7.png
[81fe915007824a60a6c2c4f4d5a0d275.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/26/226074d515ac4856970f34da42400b09.png
[Java_happens-before_as-if-serial]: https://blog.csdn.net/byhook/article/details/87971081