簡介
happens-before是JMM的核心概念，理解happens-before是了解JMM的關鍵，
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1、設計意圖
JMM的設計需要考慮兩個方面，分別是程式員角度和編譯器、處理器角度：
- 程式員角度，希望記憶體模型易于理解、易于編程，希望是一個強記憶體模型，
- 編譯器和處理器角度，希望減少對它們的束縛，以至于編譯器和處理器可以做更多的性能優化，希望是一個弱記憶體模型，
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因此JSR-133專家組設計JMM的核心目標就兩個：
- 為程式員提供足夠強的記憶體模型
- 對編譯器和處理器的限制盡可能少
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下面通過一段代碼來看JSR-133如何實作這兩個目標：
double pi = 3.14; //A
double r = 1.0; //B
double area = pi * r * r //C
上述代碼存在如下happens-before關系：
- A happens-before B
- B happens-before C
- A happens-before C
這3個happens-before關系中，第二個和第三個是必須的，而第一個是非必須的（A、B操作之間重排序，程式執行結果不會發生改變），
JMM把happens-before要求禁止的重排序分為下面的兩類：
- 會改變程式執行結果的重排序
- 不會改變程式執行結果的重排序
JMM對這兩種不同性質的重排序，采取了不同的策略：
- 對于會改變程式執行結果的重排序，JMM要求編譯器和處理器必須禁止
- 對于不會改變程式執行結果的重排序，JMM不做要求（JMM運行）
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JMM設計示意圖：
總結：
- JMM給程式員提供的happens-before規則能滿足程式員的需求，簡單易懂，具有足夠強的記憶體可見性保證，
- JMM對編譯器和處理器的束縛盡可能少，遵循的原則是：不改變程式的執行結果（正確同步或單執行緒執行），編譯器和處理器可以任意優化，
2、happens-before的定義
起源：
happens-before規則來源于Leslie Lamport《Time, Clocks and the Ordering of Events in a Distributed System》，該論文中使用happens-before來定義分布式系統中事件之間的偏序關系（partial ordering），該文中給出了一個分布式演算法，能用來將偏序關系擴展為某種全序關系，
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Java中的應用：
JSR-133使用happens-before來指定兩個操作之間的執行順序，JMM可以通過happens-before關系向程式員提供跨執行緒的記憶體可見性保證，
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《JSR-133：Java Memory Model and Thread Specification》對happens-before關系的定義如下：
- 如果操作A happens-before 操作B，那么A操作的執行結果將會對操作B可見，且操作A的執行順序排在操作B之前——JMM對程式員的承諾
- 兩個操作存在happens-before關系，并不意味著Java平臺的具體實作必須按照happens-before的順序來執行，如果重排序不改變程式執行結果（與happens-before）規則一致，那么這種重排序是不非法的（JMM允許這種重排序），——JMM對編譯器和處理器的束縛原則
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happens-before和as-if-serial語意：
從上述來看，happens-before和as-if-serial語意本質上是一回事
- as-if-serial語意保證單執行緒內程式的執行結果不被改變，happens-before關系保證正確同步的多執行緒程式的執行結果不改變
- as-if-serial語意給編程者一種單執行緒是按程式順序執行的幻境；happens-before關系給編程者一種正確同步的多執行緒是按照happens-before指定的順序執行的幻境，
兩者的目的都是為了在不改變程式執行結果的前提下，盡可能的提高程式的執行效率，
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3、happens-before規則
《JSR-133：Java Memory Model and Thread Specification》定義了如下happens-before規則
- 程式順序規則
- 監視器鎖規則
- volatile變數規則
- 傳遞性
- start()規則
- join()規則
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3.1 volatile寫-讀
volatile寫-讀建立的happens-before關系
分析上圖：
- 1 happens-before 2和3 happens-before 4由程式順序規則產生，由于編譯器和處理器遵循as-if-serial語意，也就是說，as-if-serial語意保證了程式順序規則，因此可以把程式順序規則看成是對as-if-serial語意的“封裝”，
- 2 happens-before 3 是有volatile規則產生，一個volatile變數的讀，總是能看到（任意執行緒）對這個volatile變數的最后寫入，
- 1 happens-before 4 是由傳遞性規則產生的，這里的傳遞性是由volatile的記憶體屏障插入策略和volatile的編譯器重排序規則來共同保證的，
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3.2 start()規則
假設執行緒A在執行的程序中，通過執行ThreadB.start()來啟動執行緒B；同時，假設執行緒A在執行ThreadB.start()之前修改了一個共享變數，執行緒B在執行后會讀取這些共享變數，
start()程式對應的happens-before關系圖：
分析上圖：
- 1 happens-before 2 由程式順序規則產生
- 2 happens-before 4 由start規則產生
- 1 happens-before 4 由傳遞性規則產生
因此執行緒A執行ThreadB.start()之前對共享變數所做的修改，在執行緒B執行后都將確保對執行緒B可見，
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3.3 join()規則
假設執行緒A執行的程序中，通過執行ThreadB.join()來等待執行緒B終止；則執行緒B在終止之前修改了一些共享變數，執行緒A從ThreadB.join()回傳后會讀這些共享變數，
join()程式的happens-before關系圖：
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分析上圖：
- 2 happens-before 4 由join()規則產生
- 4 happens-before 5 由程式順序規則產生
- 2 happens-before 5 由傳遞性規則產生
因此執行緒A執行操作ThreadB.join()并成功回傳，執行緒B中任意操作都將對執行緒A可見，
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文章總結至《Java并發編程藝術》，下篇總結“雙重檢查所定與延遲初始化”，敬請關注，
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