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happen-before
happens-before关系的定义如下:
- 如果一个操作happens-before另一个操作,那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见,而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。
- 两个操作之间存在happens-before关系,并不意味着Java平台的具体实现必须要按照happens-before关系指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果,与按happens-before关系来执行的结果一致,那么JMM也允许这样的重排序。
总之,如果操作A happens-before操作B,那么操作A在内存上所做的操作对操作B都是可见的,不管它们在不在一个线程。
在Java中,有以下天然的happens-before关系:
- 程序顺序规则:一个线程中的每一个操作,happens-before于该线程中的任意后续操作。
- 监视器锁规则:对一个锁的解锁,happens-before于随后对这个锁的加锁。
- 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。
- 传递性:如果A happens-before B,且B happens-before C,那么A happens-before C。
- start规则:如果线程A执行操作ThreadB.start()启动线程B,那么A线程的ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作
- join规则:如果线程A执行操作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()操作成功返回。
volatile
volatile的三重功效:64位写入的原子性、内存可见性和禁止重排序
在理论层面,可以把基本的CPU内存屏障分成四种:(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。
实现volatile关键字的语义的一种参考做法:
(1)在volatile写操作的前面插入一个StoreStore屏障。保证volatile写操作不会和之前的写操作重排序。
(2)在volatile写操作的后面插入一个StoreLoad屏障。保证volatile写操作不会和之后的读操作重排序。
(3)在volatile读操作的后面插入一个LoadLoad屏障+LoadStore屏障。保证volatile读操作不会和之后的读操作、写操作重排序
在保证内存可见性这一点上,volatile有着与锁相同的内存语义,所以可以作为一个“轻量级”的锁来使用。但由于volatile仅仅保证对单个volatile变量的读/写具有原子性,而锁可以保证整个临界区代码的执行具有原子性。所以在功能上,锁比volatile更强大;在性能上,volatile更有优势。