happens-before是JMM的核心概念。理解happens-before是了解JMM的关键。

1、设计意图

JMM的设计需要考虑两个方面,分别是程序员角度和编译器、处理器角度:

  1. 程序员角度,希望内存模型易于理解、易于编程。希望是一个强内存模型。

  2. 编译器和处理器角度,希望减少对它们的束缚,以至于编译器和处理器可以做更多的性能优化。希望是一个弱内存模型。

因此JSR-133专家组设计JMM的核心目标就两个:

  1. 为程序员提供足够强的内存模型

  2. 对编译器和处理器的限制尽可能少

下面通过一段代码来看JSR-133如何实现这两个目标:

double pi = 3.14; //A

double r = 1.0; //B

double area = pi * r * r //C

上述代码存在如下happens-before关系:

  1. A happens-before B

  2. B happens-before C

  3. A happens-before C

这3个happens-before关系中,第二个和第三个是必须的,而第一个是非必须的(A、B操作之间重排序,程序执行结果不会发生改变)。

JMM把happens-before要求禁止的重排序分为下面的两类:

  1. 会改变程序执行结果的重排序

  2. 不会改变程序执行结果的重排序

JMM对这两种不同性质的重排序,采取了不同的策略:

  1. 对于会改变程序执行结果的重排序,JMM要求编译器和处理器必须禁止

  2. 对于不会改变程序执行结果的重排序,JMM不做要求(JMM运行)

JMM设计示意图:

在这里插入图片描述

JMM设计示意图

总结:

  • JMM给程序员提供的happens-before规则能满足程序员的需求。简单易懂,具有足够强的内存可见性保证。

  • JMM对编译器和处理器的束缚尽可能少。遵循的原则是:不改变程序的执行结果(正确同步或单线程执行),编译器和处理器可以任意优化。

2、happens-before的定义

起源:

happens-before规则来源于Leslie Lamport《Time, Clocks and the Ordering of Events in a Distributed System》。该论文中使用happens-before来定义分布式系统中事件之间的偏序关系(partial ordering),该文中给出了一个分布式算法,能用来将偏序关系扩展为某种全序关系。

Java中的应用:

JSR-133使用happens-before来指定两个操作之间的执行顺序。JMM可以通过happens-before关系向程序员提供跨线程的内存可见性保证。

《JSR-133:Java Memory Model and Thread Specification》对happens-before关系的定义如下:

  1. 如果操作A happens-before 操作B,那么A操作的执行结果将会对操作B可见,且操作A的执行顺序排在操作B之前——JMM对程序员的承诺

  2. 两个操作存在happens-before关系,并不意味着Java平台的具体实现必须按照happens-before的顺序来执行。如果重排序不改变程序执行结果(与happens-before)规则一致,那么这种重排序是不非法的(JMM允许这种重排序)。——JMM对编译器和处理器的束缚原则

happens-before和as-if-serial语义:

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