先行发生原则

若是Java内存模型中全部的有序性都仅仅靠volatile和synchronized来完成，那么有一些操做将会变得很烦琐，可是咱们在编写Java并发代码的时候并无感受到这一点，这是由于 Java语言中有一个“先行发生”（happens-before）的原则。这个原则很是重要，它是判断数据 是否存在竞争、线程是否安全的主要依据，依靠这个原则，咱们能够经过几条规则一揽子地 解决并发环境下两个操做之间是否可能存在冲突的全部问题。
如今就来看看“先行发生”原则指的是什么。

先行发生是Java内存模型中定义的两项操做 之间的偏序关系，若是说操做A先行发生于操做B，其实就是说在发生操做B以前，操做A产 生的影响能被操做B观察到，“影响”包括修改了内存中共享变量的值、发送了消息、调用了 方法等。这句话不难理解，但它意味着什么呢？咱们能够举个例子来讲明一下，如代码清单 12-8中所示的这3句伪代码。 

代码清单12-8 先行发生原则示例
//如下操做在线程A中执行 i=1；
//如下操做在线程B中执行 j=i；
//如下操做在线程C中执行 i=2；
假设线程A中的操做“i=1”先行发生于线程B的操做“j=i”，那么能够肯定在线程B的操做执行后，变量j的值必定等于1，得出这个结论的依据有两个：一是根据先行发生原则，“i=1”的结果能够被观察到；二是线程C还没“登场”，线程A操做结束以后没有其余线程会修改变量i的值。如今再来考虑线程C，咱们依然保持线程A和线程B之间的先行发生关系，而线程C出如今线程A和线程B的操做之间，可是线程C与线程B没有先行发生关系，那j的值会是多少呢？答案是不肯定！1和2都有可能，由于线程C对变量i的影响可能会被线程B观察到，也可能不会，这时候线程B就存在读取到过时数据的风险，不具有多线程安全性。

下面是Java内存模型下一些“自然的”先行发生关系，这些先行发生关系无须任何同步器协助就已经存在，能够在编码中直接使用。若是两个操做之间的关系不在此列，而且没法从 下列规则推导出来的话，它们就没有顺序性保障，虚拟机能够对它们随意地进行重排序。

程序次序规则（Program Order Rule）：在一个线程内，按照程序代码顺序，书写在前面的操做先行发生于书写在后面的操做。准确地说，应该是控制流顺序而不是程序代码顺序， 由于要考虑分支、循环等结构。

管程锁定规则（Monitor Lock Rule）：一个unlock操做先行发生于后面对同一个锁的lock 操做。这里必须强调的是同一个锁，而“后面”是指时间上的前后顺序。

volatile变量规则（Volatile Variable Rule）：对一个volatile变量的写操做先行发生于后面对这个变量的读操做，这里的“后面”一样是指时间上的前后顺序。

线程启动规则（Thread Start Rule）：Thread对象的start（）方法先行发生于此线程的每个动做。

线程终止规则（Thread Termination Rule）：线程中的全部操做都先行发生于对此线程的终止检测，咱们能够经过Thread.join（）方法结束、Thread.isAlive（）的返回值等手段检测到线程已经终止执行。

线程中断规则（Thread Interruption Rule）：对线程interrupt（）方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生，能够经过Thread.interrupted（）方法检测到是否有中断发生。

对象终结规则（Finalizer Rule）：一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）先行发生于它的finalize（）方法的开始。

传递性（Transitivity）：若是操做A先行发生于操做B，操做B先行发生于操做C，那就能够得出操做A先行发生于操做C的结论。

Java语言无须任何同步手段保障就能成立的先行发生规则就只有上面这些了，笔者演示一下如何使用这些规则去断定操做间是否具有顺序性，对于读写共享变量的操做来讲，就是线程是否安全，读者还能够从下面这个例子中感觉一下“时间上的前后顺序”与“先行发生”之 间有什么不一样。
演示例子如代码清单12-9所示。
代码清单12-9先行发生原则示例 
　　private int value=0；
　　pubilc void setValue（int value）{
　　　　this.value=value；
　　}
　　public int getValue（）{
　　　　return value；
　　}
代码清单12-9中显示的是一组再普通不过的getter/setter方法，假设存在线程A和B，线程A先（时间上的前后）调用了“setValue（1）”，而后线程B调用了同一个对象的“getValue（）”，那么线程B收到的返回值是什么？

咱们依次分析一下先行发生原则中的各项规则，因为两个方法分别由线程A和线程B调用，不在一个线程中，因此程序次序规则在这里不适用；因为没有同步块，天然就不会发生lock和unlock操做，因此管程锁定规则不适用；因为value变量没有被volatile关键字修饰，因此volatile变量规则不适用；后面的线程启动、终止、中断规则和对象终结规则也和这里彻底没有关系。由于没有一个适用的先行发生规则，因此最后一条传递性也无从谈起，所以咱们能够断定尽管线程A在操做时间上先于线程B，可是没法肯定线程B中“getValue（）”方法的返回结果，换句话说，这里面的操做不是线程安全的。

那怎么修复这个问题呢？咱们至少有两种比较简单的方案能够选择：要么把getter/setter方法都定义为synchronized方法，这样就能够套用管程锁定规则；要么把value定义为volatile变量，因为setter方法对value的修改不依赖value的原值，知足volatile关键字使用场景，这样就能够套用volatile变量规则来实现先行发生关系。

经过上面的例子，咱们能够得出结论：一个操做“时间上的先发生”不表明这个操做会是“先行发生”，那若是一个操做“先行发生”是否就能推导出这个操做一定是“时间上的先发生”呢？很遗憾，这个推论也是不成立的，一个典型的例子就是屡次提到的“指令重排序”， 演示例子如代码清单12-10所示。

代码清单12-10先行发生原则示例 
//如下操做在同一个线程中执行
int i=1；

int j=2；
代码清单12-10的两条赋值语句在同一个线程之中，根据程序次序规则，“int i=1”的操做先行发生于“int j=2”，可是“int j=2”的代码彻底可能先被处理器执行，这并不影响先行发生原则的正确性，由于咱们在这条线程之中没有办法感知到这点。

上面两个例子综合起来证实了一个结论：时间前后顺序与先行发生原则之间基本没有太大的关系，因此咱们衡量并发安全问题的时候不要受到时间顺序的干扰，一切必须以先行发生原则为准。