概述

本文参考《Java并发编程的艺术》一书，温故而知新，加深对基础的理解。

一、指令序列的重排序

我们在编写代码的时候，通常自上而下编写，那么希望执行的顺序，理论上也是逐步串行执行，但是为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。从Java源码到最终实际的指令，需要经过三个阶段的重排序：

1） 编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。 2） 指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。 3） 内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

JMM属于语言级别的内存模型，他确保在不同的编译器和不同的处理器平台上，通过禁止特定类型的编译器重排序和处理器重排序，为程序员提供一致的内存可见性保证。

二、as-if-serial语义

as-if-serial语义的含义是：无论如何重排序，单线程程序的执行结果不能被改变。编译器和处理器都必须遵循as-if-serial语义，编译器和处理器为了遵循这一易于，他们就不会对存在数据依赖关系的操作进行重排序。具体来说就是如下表的操作就不会重排序：

as-if-serial语义把单线程程序保护了起来，遵守as-if-serial语义的编译器、runtime和处理器共同为编写单线程程序的程序员创建了一个幻觉：单线程程序是按程序的顺序来执行的。

三、happens-before规则

happens-before是JMM的核心概念，通过happens-before规则JMM可以实现：

• 一方面，为程序员提供了足够强的内存可见性保证；
• 另一方面，对编译器和处理器的限制要尽可能的宽松；

1、happens-before规则

JSR-133规范中定义了如下happens-before规则：

（1）程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-brfore于该线程中的任意后序操作。

（2）监视器锁规则：线程对解锁obj之前的对变量的写，对接下来对obj加锁的线程对变量的读可见。

static int x=0;
static final Object obj=new Object();

new Thread(()->{
    synchronized(obj){
        x=1;
    }
},"t1").start();

new Thread(()->{
    synchronized(obj){
        //t1对x的修改对于t2是可见的，因此将会打印2
        System.out.println(x++);
    }
},"t2").start();

（3）volatile变量规则：一个线程对volatile的写，对接下其他变量对该变量的读可见。

volatile static int x=0;

new Thread(()->{
    synchronized(obj){
        x=10;
    }
},"t1").start();

new Thread(()->{
    synchronized(obj){
        //t1对x的修改对于t2是可见的，因此将会打印10
        System.out.println(x);
    }
},"t2").start();

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

（5）start()规则：线程start()之前对变量的写，对该变量开始后对该变量可见。

static int x;

x=10;

new Thread(()->{
    synchronized(obj){
        //t1启动之前对x的写对它是可见的，因此将会打印10
        System.out.println(x);
    }
},"t1").start();

（6）join()规则：线程结束前对变量的写，对其他线程得知他结束后的读可见。（比如线程调用isAlive()、join()）

static int x;

Thread t1=new Thread(()->{
    synchronized(obj){
        x=10;
    }
},"t1");

t1.start();
t1.join();

//t1启动之前对x的写对它是可见的，因此将会打印10
System.out.println(x);

总的来说：happens-before和as-if-serial语义是一回事

• as-if-serial语义保证单线程内程序的执行结果不被重排序改变，hapeens-before关系保证正确同步的多线程程序的执行结果不被重排序改变。
• as-if-serial语义给编写单线程程序的程序员创建了一个幻觉：单线程程序是按程序的顺序来执行的。happens-before规则给编写正确同步的多线程程寻的程序员一个幻觉：正确同步的多线程程序是按happens-before指定的顺序来执行的。