happens-before

happens-before

一、happens-before 规则的含义

happens-before 是 Java 内存模型（JMM）中用于定义多线程之间操作顺序的规则集合。它规定了如果一个操作 A happens-before 另一个操作 B，那么 A 的结果对 B 可见，并且在 B 执行之前 A 必须已经完成。

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。

   • 例如，在一个线程中，先执行操作 A，再执行操作 B，那么操作 A happens-before 操作 B。

2. 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。

   • 当一个线程释放锁时，它在临界区内所做的修改对后续获取该锁的线程可见。

3. 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。

   • 确保对 volatile 变量的写操作对后续的读操作可见。

4. 传递性：如果 A happens-before B，且 B happens-before C，那么 A happens-before C。

   • 可以通过传递关系建立更复杂的操作顺序。

二、happens-before 规则的作用

1. 保证内存可见性：确保一个线程对共享变量的修改能够被其他线程正确地看到。

   • 例如，没有 happens-before 规则，一个线程对共享变量的修改可能会被缓存在本地内存中，而其他线程无法看到这个修改。

2. 防止指令重排序：确保在多线程环境下，程序的执行顺序符合开发者的预期。

   • 编译器和处理器可能会对指令进行重排序以提高性能，但 happens-before 规则限制了这种重排序，以保证程序的正确性。

三、用比喻理解 happens-before 规则及适用场景

可以把一个 Java 程序的执行想象成一个办公室的工作场景。

1. 程序顺序规则：

   • 就像一个员工在一天的工作中，先完成一个任务 A，再去做任务 B。任务 A 的结果自然会在任务 B 开始之前就存在，并且对任务 B 可见。比如，先填写一份报告，然后把报告交给领导。填写报告这个操作 happens-before 交给领导这个操作。

2. 监视器锁规则：

   • 想象办公室里有一个重要的会议室，只有拿到钥匙（锁）的人才能进入。当一个人离开会议室并把钥匙交出来（解锁），然后另一个人才能拿到钥匙进入会议室（加锁）。第一个人在会议室里做的工作（对共享资源的修改）对第二个人进入会议室后是可见的。适用于多个线程需要协调对共享资源的访问的场景，比如多个员工需要轮流使用会议室进行重要讨论。

3. volatile 变量规则：

   • 假设办公室里有一个特殊的公告板（volatile 变量），当有人在公告板上写下一条重要消息（写操作），那么后续任何一个人去看公告板（读操作）都能看到这条消息。适用于需要快速在多个线程之间传递关键信息的场景，比如有一个紧急任务的状态需要多个员工及时了解。

4. 传递性：

   • 就像一个任务链，任务 A happens-before 任务 B，任务 B happens-before 任务 C，那么任务 A 自然也 happens-before 任务 C。比如员工甲完成任务 A 后交给员工乙，员工乙完成任务 B 后交给员工丙，那么员工甲的工作结果对员工丙也是可见的。在复杂的多线程程序中，通过传递性可以建立起多个操作之间的正确顺序关系。

程序员基于该规则提供内存可见性保证来编程