java內(nèi)存模型由來(lái)

我們知道不同的計(jì)算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)的，所遵循的規(guī)范以及計(jì)算機(jī)內(nèi)存模型是有區(qū)別的，也就意味著我們開(kāi)發(fā)的程序放在某個(gè)計(jì)算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)上運(yùn)行是正常的，而在另一個(gè)計(jì)算機(jī)硬件和操作系統(tǒng)上運(yùn)行就存在安全問(wèn)題。

《Java 虛擬機(jī)規(guī)范》中曾試圖定義一種“Java 內(nèi)存模型”來(lái)屏蔽各種硬件和操作系統(tǒng)的內(nèi)存訪問(wèn)差異，以實(shí)現(xiàn)讓 Java 程序在各種平臺(tái)下都能達(dá)到一致的內(nèi)存訪問(wèn)效果，但是定義 Java 內(nèi)存模型并非一件容易的事情，這個(gè)模型必須定義得足夠嚴(yán)謹(jǐn)，才能讓 Java 的并發(fā)內(nèi)存訪 問(wèn)操作不會(huì)產(chǎn)生歧義；但是也必須定義得足夠?qū)捤桑沟锰摂M機(jī)的實(shí)現(xiàn)能有足夠的自由空間去利用硬件的各種特性（寄存器、高速緩存和指令集中某些特有的指令）來(lái)獲取更好的執(zhí)行速度。為了獲得更好的執(zhí)行效能，Java 內(nèi)存模型并沒(méi)有限制執(zhí)行引擎使用處理器的特定寄存器或緩存來(lái)和主內(nèi)存進(jìn)行交互，也沒(méi)有限制即時(shí)編譯器是否要進(jìn)行調(diào)整代碼執(zhí)行順序這類優(yōu)化措施。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證和修補(bǔ)，直至 JDK 5（實(shí)現(xiàn)了 JSR-133）發(fā)布后，Java 內(nèi)存模型才終于成熟、完善起來(lái)了。

講到這里java內(nèi)存模型的概念是什么呢？

Java 內(nèi)存模型(Java Memory Model 簡(jiǎn)稱 JMM)是一種抽象的概念，并不真實(shí)存在，它主要目的是圍繞原子性、可見(jiàn)性和有序性這幾種并發(fā)問(wèn)題定義程序中各種變量的訪問(wèn)規(guī)則，即關(guān)注在虛擬機(jī)中把變量值存儲(chǔ)到內(nèi)存和從內(nèi)存中取出變量值這樣的底層細(xì)節(jié)。此處的變量與 Java 編程中所說(shuō)的變量有所區(qū)別，它包括了實(shí)例字段、靜態(tài)字段和構(gòu)成數(shù)組對(duì)象的元素，但是不包括局部變量與方法參數(shù)，因?yàn)楹笳呤蔷€程私有的，不會(huì)被共享，自然就不會(huì)存在競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。JVM運(yùn)行程序的實(shí)體是線程，而每個(gè)線程創(chuàng)建時(shí)JVM都會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè)工作內(nèi)存(有些地方稱為?？臻g)，用于存儲(chǔ)線程私有的數(shù)據(jù)，而Java內(nèi)存模型中規(guī)定所有變量都存儲(chǔ)在主內(nèi)存，主內(nèi)存是共享內(nèi)存區(qū)域，所有線程都可以訪問(wèn)，但線程對(duì)變量的操作(讀取賦值等)必須在工作內(nèi)存中進(jìn)行，首先要將變量從主內(nèi)存拷貝的自己的工作內(nèi)存空間，然后對(duì)變量進(jìn)行操作，操作完成后再將變量寫回主內(nèi)存，不能直接操作主內(nèi)存中的變量，工作內(nèi)存中存儲(chǔ)著主內(nèi)存中的變量副本拷貝，前面說(shuō)過(guò)，工作內(nèi)存是每個(gè)線程的私有數(shù)據(jù)區(qū)域，因此不同的線程間無(wú)法訪問(wèn)對(duì)方的工作內(nèi)存，線程間的通信(傳值)必須通過(guò)主內(nèi)存來(lái)完成。

主內(nèi)存主要存儲(chǔ)的是Java實(shí)例對(duì)象，所有線程創(chuàng)建的實(shí)例對(duì)象都存放在主內(nèi)存中，不管該實(shí)例對(duì)象是成員變量還是方法中的本地變量(也稱局部變量)，當(dāng)然也包括了共享的類信息、常量、靜態(tài)變量。由于是共享數(shù)據(jù)區(qū)域，多條線程對(duì)同一個(gè)變量進(jìn)行訪問(wèn)可能會(huì)發(fā)生線程安全問(wèn)題。

工作內(nèi)存主要存儲(chǔ)當(dāng)前方法的所有本地變量信息(工作內(nèi)存中存儲(chǔ)著主內(nèi)存中的變量副本拷貝)，每個(gè)線程只能訪問(wèn)自己的工作內(nèi)存，即線程中的本地變量對(duì)其它線程是不可見(jiàn)的，就算是兩個(gè)線程執(zhí)行的是同一段代碼，它們也會(huì)各自在自己的工作內(nèi)存中創(chuàng)建屬于當(dāng)前線程的本地變量，當(dāng)然也包括了字節(jié)碼行號(hào)指示器、相關(guān)Native方法的信息。注意由于工作內(nèi)存是每個(gè)線程的私有數(shù)據(jù)，線程間無(wú)法相互訪問(wèn)工作內(nèi)存，因此存儲(chǔ)在工作內(nèi)存的數(shù)據(jù)不存在線程安全問(wèn)題。

根據(jù)JVM虛擬機(jī)規(guī)范主內(nèi)存與工作內(nèi)存的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型以及操作方式，對(duì)于一個(gè)實(shí)例對(duì)象中的成員方法而言，如果方法中包含本地變量是基本數(shù)據(jù)類型（boolean,byte,short,char,int,long,float,double），將直接存儲(chǔ)在工作內(nèi)存的幀棧結(jié)構(gòu)中，但倘若本地變量是引用類型，那么該變量的引用會(huì)存儲(chǔ)在功能內(nèi)存的幀棧中，而對(duì)象實(shí)例將存儲(chǔ)在主內(nèi)存(共享數(shù)據(jù)區(qū)域，堆)中。但對(duì)于實(shí)例對(duì)象的成員變量，不管它是基本數(shù)據(jù)類型或者包裝類型(Integer、Double等)還是引用類型，都會(huì)被存儲(chǔ)到堆區(qū)。至于static變量以及類本身相關(guān)信息將會(huì)存儲(chǔ)在主內(nèi)存中。需要注意的是，在主內(nèi)存中的實(shí)例對(duì)象可以被多線程共享，倘若兩個(gè)線程同時(shí)調(diào)用了同一個(gè)對(duì)象的同一個(gè)方法，那么兩條線程會(huì)將要操作的數(shù)據(jù)拷貝一份到自己的工作內(nèi)存中，執(zhí)行完成操作后才刷新到主內(nèi)存

java內(nèi)存模型中的問(wèn)題

我們java開(kāi)發(fā)中三個(gè)并發(fā)問(wèn)題原子性問(wèn)題，可見(jiàn)性問(wèn)題，指令重排問(wèn)題

原子性問(wèn)題

原子性就是指該操作是不可再分的。不論是多核還是單核，具有原子性的量，同一時(shí)刻只能有一個(gè)線程來(lái)對(duì)它進(jìn)行操作。簡(jiǎn)而言之，在整個(gè)操作過(guò)程中不會(huì)被線程調(diào)度器中斷的操作，都可認(rèn)為是原子性。

可見(jiàn)性問(wèn)題

可見(jiàn)性就是指當(dāng)一個(gè)線程修改了共享變量的值時(shí)，其他線程能夠立即得知這個(gè)修改。

指令重排問(wèn)題

指令重排序：java語(yǔ)言規(guī)范規(guī)定JVM線程內(nèi)部維持順序化語(yǔ)義。即只要程序的最終結(jié)果與它順序化情況的結(jié)果相等，那么指令的執(zhí)行順序可以與代碼順序不一致，此過(guò)程叫指令的重排序。指令重排序的意義是什么：JVM能根據(jù)處理器特性（CPU多級(jí)緩存系統(tǒng)、多核處理器等）適當(dāng)?shù)膶?duì)機(jī)器指令進(jìn)行重排序，使機(jī)器指令能更符合CPU的執(zhí)行特性，最大限度的發(fā)揮機(jī)器性能，但是指令重排會(huì)遵循as-if-serial語(yǔ)義。as-if-serial語(yǔ)義的意思是：不管怎么重排序，程序的執(zhí)行結(jié)果不能被改變。編譯器、runtime和處理器都必須遵守as-if-serial語(yǔ)義，為了遵守as-if-serial語(yǔ)義，編譯器和處理器不會(huì)對(duì)存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的操作做重排序，因?yàn)檫@種重排序會(huì)改變執(zhí)行結(jié)果。但是，如果操作之間不存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，這些操作就可能被編譯器和處理器重排序。何為依賴關(guān)系：譬如指令1把地址A中的值加10，指令2 把地址A中的值乘以2，指令3把地址B中的值減去3，這時(shí)指令1和指令2是有依賴的，它們之間的順序不能重排——(A+10)2與A2+10顯然不相等，但指令3可以重排到指令1、2之前或者中間，只要保證 處理器執(zhí)行后面依賴到A、B值的操作時(shí)能獲取正確的A和B值即可。

Java內(nèi)存模型具備一些先天的“有序性”，即不需要通過(guò)任何手段就能夠得到保證的有序性，這個(gè)通常也稱為happens-before 原則。如果兩個(gè)操作的執(zhí)行次序無(wú)法從happens-before原則推導(dǎo)出來(lái)，那么它們就不能保證它們的有序性，虛擬機(jī)可以隨意地對(duì)它們進(jìn)行重排序。happens-before原則后面再介紹。

下圖為從源碼到最終執(zhí)行的指令序列示意圖：

java內(nèi)存模型如何解決問(wèn)題

為了解決這種線程安全問(wèn)題，針對(duì)一個(gè)變量如何從主內(nèi)存拷貝到工作內(nèi)存、如何從工作內(nèi)存同步到主內(nèi)存之間的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，Java 內(nèi)存模型定義了以下八種操作來(lái)完成。

數(shù)據(jù)同步八大原子操作

（1）lock(鎖定)：作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)變量標(biāo)記為一條線程獨(dú)占狀態(tài)

（2）unlock(解鎖)：作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)處于鎖定狀態(tài)的變量釋放出來(lái)，釋放后的變量才可以被其他線程鎖定

（3）read(讀取)：作用于主內(nèi)存的變量，把一個(gè)變量值從主內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)骄€程的工作內(nèi)存中，以便隨后的 load 動(dòng)作使用

（4）load(載入)：作用于工作內(nèi)存的變量，它把 read 操作從主內(nèi)存中得到的變量值放入工作內(nèi)存的變量副本中

（5）use(使用)：作用于工作內(nèi)存的變量，把工作內(nèi)存中的一個(gè)變量值傳遞給執(zhí)行引擎

（6）assign(賦值)：作用于工作內(nèi)存的變量，它把一個(gè)從執(zhí)行引擎接收到的值賦給工作內(nèi)存的變量

（7）store(存儲(chǔ))：作用于工作內(nèi)存的變量，把工作內(nèi)存中的一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存中，以便隨后的 write 的操作

（8）write(寫入)：作用于工作內(nèi)存的變量，它把 store 操作從工作內(nèi)存中的一個(gè)變量的值傳送到主內(nèi)存的變量中

如果要把一個(gè)變量從主內(nèi)存拷貝到工作內(nèi)存，那就要按順序執(zhí)行read和load操作，如果要把變量從 工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存，就要按順序執(zhí)行store和write操作。注意，Java內(nèi)存模型只要求上述兩個(gè)操作 必須按順序執(zhí)行，但不要求是連續(xù)執(zhí)行。也就是說(shuō)read與load之間、store與write之間是可插入其他指令 的，如對(duì)主內(nèi)存中的變量a、b進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，一種可能出現(xiàn)的順序是read a、read b、load b、load a。

除此 之外，Java內(nèi)存模型還規(guī)定了在執(zhí)行上述8種基本操作時(shí)必須滿足如下規(guī)則：

1.不允許 read 和 load、store和 write操作之一單獨(dú)出現(xiàn)，即不允許一個(gè)變量從主內(nèi)存讀取了但工作內(nèi)存不接受，或者工作內(nèi)存發(fā)起回寫了但主內(nèi)存不接受的情況出現(xiàn)。

2.不允許一個(gè)線程丟棄它最近的assign 操作，即變量在工作內(nèi)存中改變了之后必須把該變化同步回主內(nèi)存。

3.不允許一個(gè)線程無(wú)原因地（沒(méi)有發(fā)生過(guò)任何 assign 操作）把數(shù)據(jù)從線程的工作內(nèi)存同步回主內(nèi)存中。

4.一個(gè)新的變量只能在主內(nèi)存中“誕生”，不允許在工作內(nèi)存中直接使用一個(gè)未被初始化（load 或 assign）的變量，換句話說(shuō)就是對(duì)一個(gè)變量實(shí)施 use、store 操作之前，必須先執(zhí)行 assign 和 load 操作。

5.一個(gè)變量在同一個(gè)時(shí)刻只允許一條線程對(duì)其進(jìn)行 lock 操作，但lock操作可以被同一條線程重復(fù)執(zhí)行多次，多次執(zhí)行 lock 后，只有執(zhí)行相同次數(shù)的 unlock 操作，變量才會(huì)被解鎖。

6.如果對(duì)一個(gè)變量執(zhí)行l(wèi)ock操作，那將會(huì)清空工作內(nèi)存中此變量的值，在執(zhí)行引擎使用這個(gè)變量前，需要重新執(zhí)行l(wèi)oad或assign操作以初始化變量的值。

7.如果一個(gè)變量事先沒(méi)有被lock操作鎖定，那就不允許對(duì)它執(zhí)行unlock操作，也不允許去unlock一個(gè)被其他線程鎖定的變量。

8.對(duì)一個(gè)變量執(zhí)行unlock操作之前，必須先把此變量同步回主內(nèi)存中（執(zhí)行store、write操作）。

8大原子操作long和double類型

Java內(nèi)存模型要求lock、unlock、read、load、assign、use、store、write這八種操作都具有原子性， 但是對(duì)于64位的數(shù)據(jù)類型（long和double），在模型中特別定義了一條寬松的規(guī)定：允許虛擬機(jī)將沒(méi)有 被volatile修飾的64位數(shù)據(jù)的讀寫操作劃分為兩次32位的操作來(lái)進(jìn)行，即允許虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)自行選擇是否 要保證64位數(shù)據(jù)類型的load、store、read和write這四個(gè)操作的原子性，這就是所謂的“l(fā)ong和double的非原子性協(xié)定”。

如果有多個(gè)線程共享一個(gè)并未聲明為volatile的long或double類型的變量，并且同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行讀取和修改操作，那么某些線程可能會(huì)讀取到一個(gè)既不是原值，也不是其他線程修改值的代表了“半個(gè)變量”的數(shù)值。不過(guò)這種讀取到“半個(gè)變量”的情況是非常罕見(jiàn)的，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，在目前主流平臺(tái)下商 用的64位Java虛擬機(jī)中并不會(huì)出現(xiàn)非原子性訪問(wèn)行為，但是對(duì)于32位的Java虛擬機(jī)，譬如比較常用的32位x86平臺(tái)下的HotSpot虛擬機(jī)，對(duì)long類型的數(shù)據(jù)確實(shí)存在非原子性訪問(wèn)的風(fēng)險(xiǎn)。

從JDK9起，HotSpot增加了一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的參數(shù)-XX：+AlwaysAtomicAccesses來(lái)約束虛擬機(jī)對(duì)所有數(shù)據(jù)類型進(jìn)行原子性的訪問(wèn)。而針對(duì)double類型，由于現(xiàn)代中央處理器中一般都包含專門用于處理浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的浮點(diǎn)運(yùn)算器，用來(lái)專門處理單、雙精度的浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，所以哪怕是32位虛擬機(jī)中通常也不會(huì)出現(xiàn)非原子性訪問(wèn)的問(wèn)題，實(shí)際測(cè)試也證實(shí)了這一點(diǎn)。筆者的看法是，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，除非該數(shù)據(jù)有明確可知的線程競(jìng)爭(zhēng)，否則我們?cè)诰帉懘a時(shí)一般不需要因?yàn)檫@個(gè)原因刻意把用到的long和double變量專門聲明為volatile。

volatile關(guān)鍵字

除了8大原子操作Java內(nèi)存模型還對(duì)volatile關(guān)鍵字定義了特殊規(guī)則：

假定 T 表示 一個(gè)線程，V 和 W 分別表示兩個(gè) volatile 型變量，那么在進(jìn)行 read、load、use、assign、store 和 write 操作 時(shí)需要滿足如下規(guī)則：

1.只有當(dāng)線程 T 對(duì)變量 V 執(zhí)行的前一個(gè)動(dòng)作是 load 的時(shí)候，線程 T 才能對(duì)變量 V 執(zhí)行 use 動(dòng)作；并且， 只有當(dāng)線程 T 對(duì)變量 V 執(zhí)行的后一個(gè)動(dòng)作是 use 的時(shí)候，線程 T 才能對(duì)變量 V 執(zhí)行 load 動(dòng)作。線程 T 對(duì)變量 V 的 use 動(dòng)作可以認(rèn)為是和線程 T 對(duì)變量 V 的 load、read 動(dòng)作相關(guān)聯(lián)的，必須連續(xù)且一起出現(xiàn)。這條規(guī)則要求在工作內(nèi)存中，每次使用 V 前都必須先從主內(nèi)存刷新最新的值，用于保證能看見(jiàn)其 他線程對(duì)變量 V 所做的修改。

2.只有當(dāng)線程 T 對(duì)變量 V 執(zhí)行的前一個(gè)動(dòng)作是 assign 的時(shí)候，線程 T 才能對(duì)變量 V 執(zhí)行 store 動(dòng)作；并 且，只有當(dāng)線程 T 對(duì)變量 V 執(zhí)行的后一個(gè)動(dòng)作是 store 的時(shí)候，線程 T 才能對(duì)變量 V 執(zhí)行 assign 動(dòng)作。線程 T 對(duì)變量 V 的 assign 動(dòng)作可以認(rèn)為是和線程 T 對(duì)變量 V 的 store、write 動(dòng)作相關(guān)聯(lián)的，必須連續(xù)且一起出現(xiàn)。這條規(guī)則要求在工作內(nèi)存中，每次修改V后都必須立刻同步回主內(nèi)存中，用于保證其他線程可以 看到自己對(duì)變量V所做的修改。

3.假定動(dòng)作A是線程T對(duì)變量V實(shí)施的use或assign 動(dòng)作，假定動(dòng)作F 是和動(dòng)作A相關(guān)聯(lián)的load或store動(dòng)作，假定動(dòng)作P是和動(dòng)作F相應(yīng)的對(duì)變量V的read或write動(dòng)作；與此類似，假定動(dòng)作B是線程T對(duì)變量W實(shí)施的use或assign動(dòng)作，假定動(dòng)作G是和動(dòng)作B相關(guān)聯(lián)的load或store 動(dòng)作，假定動(dòng)作Q是和動(dòng)作G相應(yīng)的對(duì)變量W的read或 write動(dòng)作。如果A先于B，那么P先于Q。這條規(guī)則要求volatile修飾的變量不會(huì)被指令重排序優(yōu)化，從而保證代碼的執(zhí)行順序與程序的順序 相同。

volatile關(guān)鍵字可以解決指令重排和可見(jiàn)性問(wèn)題但是解決不了原字性問(wèn)題，synchronized可以解決原子性問(wèn)題，可見(jiàn)性問(wèn)題，指令重排問(wèn)題，后面講會(huì)詳細(xì)說(shuō)一下volatile關(guān)鍵字和synchronized。

這8種內(nèi)存訪問(wèn)操作以及上述規(guī)則的限定以及jvm內(nèi)存模型對(duì)volatile 的一些特殊規(guī)定，就已經(jīng)能準(zhǔn)確地描述出Java程序中哪些內(nèi)存訪問(wèn)操作在并發(fā)下才是安全的?；诶斫怆y度和嚴(yán)謹(jǐn)性考慮，最新的JSR-133文檔中，已經(jīng)放棄了采用這8種操作去定義Java內(nèi)存模型的訪問(wèn)協(xié)議，縮減為4種（僅是描述方式改變了，Java 內(nèi)存模型并沒(méi)有改變）。

先行發(fā)生原則

這8種內(nèi)存訪問(wèn)操作以及上述規(guī)則限定，再加上稍后會(huì)介紹的專門針對(duì)volatile的一些特殊規(guī)定，就已經(jīng)能準(zhǔn)確地描述出Java程序中哪些內(nèi)存訪問(wèn)操作在并發(fā)下才是安全的。這種定義相當(dāng)嚴(yán)謹(jǐn)，但也是極為煩瑣，實(shí)踐起來(lái)更是無(wú)比麻煩。如果在代碼中必須考慮以上定義才能確定并發(fā)訪問(wèn)下是否安全，那就太麻煩了，好在后來(lái)這種定義的一個(gè)等效判斷原則——先行發(fā)生原則的提出解決這中困惑， 如果Java內(nèi)存模型中所有的有序性都僅靠volatile和synchronized來(lái)完成，那么有很多操作都將會(huì)變 得非常啰嗦，但是我們?cè)诰帉慗ava并發(fā)代碼的時(shí)候并沒(méi)有察覺(jué)到這一點(diǎn)，這是因?yàn)镴ava語(yǔ)言中有一 個(gè)“先行發(fā)生”（Happens-Before）的原則。這個(gè)原則非常重要，它是判斷數(shù)據(jù)是否存在競(jìng)爭(zhēng)，線程是否安全的非常有用的手段。依賴這個(gè)原則，我們可以通過(guò)幾條簡(jiǎn)單規(guī)則一攬子解決并發(fā)環(huán)境下兩個(gè)操 作之間是否可能存在沖突的所有問(wèn)題，而不需要陷入Java內(nèi)存模型苦澀難懂的定義之中?，F(xiàn)在就來(lái)看看“先行發(fā)生”原則指的是什么。先行發(fā)生是Java內(nèi)存模型中定義的兩項(xiàng)操作之間的偏序關(guān)系，比如說(shuō)操作A先行發(fā)生于操作B，其實(shí)就是說(shuō)在發(fā)生操作B之前，操作A產(chǎn)生的影響能被操作B 觀察到，“影響”包括修改了內(nèi)存中共享變量的值、發(fā)送了消息、調(diào)用了方法等。這句話不難理解，但它意味著什么呢？我們可以舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明一下。如代碼清單12-8所示的這三條偽代碼。

// 以下操作在線程A中執(zhí)行 
i = 1; 
// 以下操作在線程B中執(zhí)行 
j = i; 
// 以下操作在線程C中執(zhí)行 
i = 2;

假設(shè)線程A中的操作“i=1”先行發(fā)生于線程B的操作“j=i”，那我們就可以確定在線程B的操作執(zhí)行后，變量j的值一定是等于1，得出這個(gè)結(jié)論的依據(jù)有兩個(gè)：一是根據(jù)先行發(fā)生原則，“i=1”的結(jié)果可以被觀察到；二是線程C還沒(méi)登場(chǎng)，線程A操作結(jié)束之后沒(méi)有其他線程會(huì)修改變量i的值?，F(xiàn)在再來(lái)考慮 線程C，我們依然保持線程A和B之間的先行發(fā)生關(guān)系，而C出現(xiàn)在線程A和B的操作之間，但是C與B沒(méi) 有先行發(fā)生關(guān)系，那j的值會(huì)是多少呢？答案是不確定！1和2都有可能，因?yàn)榫€程C對(duì)變量i的影響可能 會(huì)被線程B觀察到，也可能不會(huì)，這時(shí)候線程B就存在讀取到過(guò)期數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)，不具備多線程安全性。下面是Java內(nèi)存模型下一些“天然的”先行發(fā)生關(guān)系，這些先行發(fā)生關(guān)系無(wú)須任何同步器協(xié)助就已 經(jīng)存在，可以在編碼中直接使用。如果兩個(gè)操作之間的關(guān)系不在此列，并且無(wú)法從下列規(guī)則推導(dǎo)出來(lái)，則它們就沒(méi)有順序性保障，虛擬機(jī)可以對(duì)它們隨意地進(jìn)行重排序。

·程序次序規(guī)則（Program Order Rule）：在一個(gè)線程內(nèi)，按照控制流順序，書(shū)寫在前面的操作先行 發(fā)生于書(shū)寫在后面的操作。注意，這里說(shuō)的是控制流順序而不是程序代碼順序，因?yàn)橐紤]分支、循 環(huán)等結(jié)構(gòu)。

·管程鎖定規(guī)則（Monitor Lock Rule）：一個(gè)unlock操作先行發(fā)生于后面對(duì)同一個(gè)鎖的lock操作。這 里必須強(qiáng)調(diào)的是“同一個(gè)鎖”，而“后面”是指時(shí)間上的先后。

·volatile變量規(guī)則（Volatile Variable Rule）：對(duì)一個(gè)volatile變量的寫操作先行發(fā)生于后面對(duì)這個(gè)變量 的讀操作，這里的“后面”同樣是指時(shí)間上的先后。

·線程啟動(dòng)規(guī)則（Thread Start Rule）：Thread對(duì)象的start()方法先行發(fā)生于此線程的每一個(gè)動(dòng)作。

·線程終止規(guī)則（Thread Termination Rule）：線程中的所有操作都先行發(fā)生于對(duì)此線程的終止檢 測(cè)，我們可以通過(guò)Thread::join()方法是否結(jié)束、Thread::isAlive()的返回值等手段檢測(cè)線程是否已經(jīng)終止 執(zhí)行。

·線程中斷規(guī)則（Thread Interruption Rule）：對(duì)線程interrupt()方法的調(diào)用先行發(fā)生于被中斷線程 的代碼檢測(cè)到中斷事件的發(fā)生，可以通過(guò)Thread::interrupted()方法檢測(cè)到是否有中斷發(fā)生。

·對(duì)象終結(jié)規(guī)則（Finalizer Rule）：一個(gè)對(duì)象的初始化完成（構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行結(jié)束）先行發(fā)生于它的 finalize()方法的開(kāi)始。

·傳遞性（Transitivity）：如果操作A先行發(fā)生于操作B，操作B先行發(fā)生于操作C，那就可以得出 操作A先行發(fā)生于操作C的結(jié)論。

Java語(yǔ)言無(wú)須任何同步手段保障就能成立的先行發(fā)生規(guī)則有且只有上面這些，下面演示一下如何使用這些規(guī)則去判定操作間是否具備順序性，對(duì)于讀寫共享變量的操作來(lái)說(shuō)，就是線程是否安全。讀者還可以從下面這個(gè)例子中感受一下“時(shí)間上的先后順序”與“先行發(fā)生”之間有什么不同。演示例子如以下代碼所示。

private int value = 0; 
pubilc void setValue(int value){ 
this.value = value; 
}
public int getValue(){ 
return value; 
}

代碼中顯示的是一組再普通不過(guò)的getter/setter方法，假設(shè)存在線程A和B，線程A先（時(shí) 間上的先后）調(diào)用了setValue(1)，然后線程B調(diào)用了同一個(gè)對(duì)象的getValue()，那么線程B收到的返回值是什么？

我們依次分析一下先行發(fā)生原則中的各項(xiàng)規(guī)則：

1.由于兩個(gè)方法分別由線程A和B調(diào)用，不在一個(gè)線程中，所以程序次序規(guī)則在這里不適用；

2.由于沒(méi)有同步塊，自然就不會(huì)發(fā)生lock和unlock操作，所以管程鎖定規(guī)則不適用；

3.由于value變量沒(méi)有被volatile關(guān)鍵字修飾，所以volatile變量規(guī)則不適用；

4.后面的線程啟動(dòng)、終止、中斷規(guī)則和對(duì)象終結(jié)規(guī)則也和這里完全沒(méi)有關(guān)系。

5.因?yàn)闆](méi)有一個(gè)適用的先行發(fā)生規(guī)則，所以最后一條傳遞性也無(wú)從談起，因此我們可以判定，盡管線程A在操作時(shí)間上先于線程B，但是無(wú)法確定線程B中g(shù)etValue()方法的返回結(jié)果，換句話說(shuō)，這里面的操作不是線程安全的。

那怎么修復(fù)這個(gè)問(wèn)題呢？我們至少有兩種比較簡(jiǎn)單的方案可以選擇：

1.要么把getter/setter方法都定義為synchronized方法，這樣就可以套用管程鎖定規(guī)則；

2.要么把value定義為volatile變量，由于setter方法對(duì)value的修改不依賴value的原值，滿足volatile關(guān)鍵字使用場(chǎng)景，這樣就可以套用volatile變量規(guī)則來(lái) 實(shí)現(xiàn)先行發(fā)生關(guān)系。

通過(guò)上面的例子，我們可以得出結(jié)論：一個(gè)操作“時(shí)間上的先發(fā)生”不代表這個(gè)操作會(huì)是“先行發(fā)生”。那如果一個(gè)操作“先行發(fā)生”，是否就能推導(dǎo)出這個(gè)操作必定是“時(shí)間上的先發(fā)生”呢？很遺憾，這個(gè)推論也是不成立的。

一個(gè)典型的例子就是多次提到的“指令重排序”，如下代碼所示：

int i = 1; 
int j = 2;

代碼所示的兩條賦值語(yǔ)句在同一個(gè)線程之中，根據(jù)程序次序規(guī)則，“int i=1”的操作先行發(fā)生于“int j=2”，但是“int j=2”的代碼完全可能先被處理器執(zhí)行，這并不影響先行發(fā)生原則的正確性，因?yàn)槲覀冊(cè)谶@條線程之中沒(méi)有辦法感知到這一點(diǎn)。

上面兩個(gè)例子綜合起來(lái)證明了一個(gè)結(jié)論：時(shí)間先后順序與先行發(fā)生原則之間基本沒(méi)有因果關(guān)系，所以我們衡量并發(fā)安全問(wèn)題的時(shí)候不要受時(shí)間順序的干擾，一切必須以先行發(fā)生原則為準(zhǔn)。