窥探Java多线程的秘密武器——重排序与Happens-Before

深入浅出Java多线程(七)：重排序与Happens-Before

大家好，我是你们的编程老伙计——秀才！今天为大家带来[深入浅出Java多线程]系列的第七篇内容：重排序与Happens-Before。希望大家能够在阅读本文后，对Java多线程编程有更深入的理解。好了，废话不多说，我们直接进入正题！

重排序

在Java多线程编程中，重排序是指编译器和处理器对指令进行重新排序，以提高程序的性能。重排序可能会导致程序出现意想不到的结果，因此在编写多线程程序时，我们需要特别注意重排序的问题。

重排序的类型

Java虚拟机（JVM）允许两种类型的重排序：

• 指令重排序： 是指编译器和处理器可以改变一条指令的执行顺序，只要不改变程序的最终结果。
• 内存重排序： 是指编译器和处理器可以改变对内存的访问顺序，只要不改变程序的最终结果。

重排序的危害

重排序可能会导致程序出现意想不到的结果。例如，以下代码可能会输出"123"或"321"：

int x = 0;
int y = 0;

Thread thread1 = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        x = 1;
        y = 2;
    }
};

Thread thread2 = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        while (y == 0) {}
        System.out.println(x + "" + y);
    }
};

thread1.start();
thread2.start();

在上面的代码中，thread1线程首先执行x = 1和y = 2，然后thread2线程执行while循环，直到y的值变为2。此时，thread2线程会输出x + y的值，而这个值可能是"123"或"321"，这取决于编译器和处理器对指令和内存的重排序顺序。

Happens-Before

为了避免重排序导致程序出现意想不到的结果，Java提供了Happens-Before机制。Happens-Before机制规定了哪些操作之间存在 happens-before 关系，即一个操作必须在另一个操作之前执行。

Happens-Before的规则

Happens-Before机制的规则如下：

• 程序顺序规则： 在一个线程中，后面的操作必须在前面的操作之后执行。
• 管程锁定规则： 如果一个线程获得了对象的锁，那么在该线程释放该锁之前，其他线程对该对象的任何操作都必须在该线程释放锁之后执行。
• volatile变量规则： 对一个volatile变量的写操作必须在对该volatile变量的读操作之前执行。
• final变量规则： 对一个final变量的写操作必须在对该final变量的读操作之前执行。
• 线程启动规则： 一个线程的start()方法必须在该线程的run()方法之前执行。
• 线程终止规则： 一个线程的join()方法必须在该线程终止之后执行。

Happens-Before的应用

Happens-Before机制可以用来保证多线程程序的正确执行。例如，以下代码使用Happens-Before机制来保证thread2线程在thread1线程执行完x = 1和y = 2之后才执行：

int x = 0;
int y = 0;

Object lock = new Object();

Thread thread1 = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        synchronized (lock) {
            x = 1;
            y = 2;
        }
    }
};

Thread thread2 = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        synchronized (lock) {
            while (y == 0) {}
            System.out.println(x + "" + y);
        }
    }
};

thread1.start();
thread2.start();

在上面的代码中，thread1线程首先获取了lock对象的锁，然后执行x = 1和y = 2，最后释放lock对象的锁。thread2线程在获取lock对象的锁之前，必须等待thread1线程释放lock对象的锁。因此，thread2线程只能在thread1线程执行完x = 1和y = 2之后才执行。

总结

在本文中，我们学习了Java多线程编程中的重排序和Happens-Before机制。重排序是指编译器和处理器对指令和内存的重新排序，以提高程序的性能。重排序可能会导致程序出现意想不到的结果，因此在编写多线程程序时，我们需要特别注意重排序的问题。Happens-Before机制规定了哪些操作之间存在happens-before关系，即一个操作必须在另一个操作之前执行。Happens-Before机制可以用来保证多线程程序的正确执行。

好了，本期的内容就到这里了。如果你觉得本文对你有帮助，请不要吝啬你的点赞和关注。我们下期再见！