java并发编程之有序性问题

程序是否线程安全，取决于哪些要素呢，主要是以下三个：

原子性，

可见性，

有序性。

今天一起来学习有序性。

有序性问题的原因：

为了提升执行性能，编译器，处理器，都会对程序进行重排序的操作，再加上主内存和处理器的缓存，导致执行多线程的程序可能在乱序执行。

源码与执行结果的关系

如上图所示，源码经过层层重排序，最后的执行结果也许与我们想要的差距大到天翻地覆。

有序性问题导致的后果：

线程A:a的初始值为0

a=1;

x=b;

线程B:b的初始值为0

b=2;

y=a;

那么，两个线程执行后的x和y值可能是多少呢？

也许x=y=0，也许x=2,y=0，也许x=0,y=1，也许x=2,y=1.。。。

结果完全无法预计，因为无法确认A和B两个线程写和读是否存在脏数据，写是否在读之后。

对于重排序的控制规则：

as-if-serial规则：在单线程执行过程中，程序的执行结果永远都不会变，这条规则被java编译器，处理器及内存模型同时遵守；具体理解上看，就是指在单线程的情况下，指令重排序只能对不影响处理结果的部分进行重排序。

如下所示:

i=1;//语句1

j=2;//语句2

x=i;//语句3

语句1与语句2，语句2与语句3 可以被重排序，因为两者之间没有数据依赖关系，排序不会改变执行结果；而语句1与语句3，永远是语句1在前语句3在后，两者不会重排序。

数据依赖的种类：

写后读：如 a=3;b=a;

写后写：如a=3;a=4;

读后写：如a=b;b=1;

以上几种情况改变顺序可能导致执行结果不同，因此需要禁止重排序。

Java内存模型(JMM)的顺序规则--先行发生规则(happens-before)：

1.单一线程内，每个操作，先行发生(happens-before)于后面发生的操作。

个人理解，并非意味着单个线程内，每个步骤都按照程序顺序严格执行，而是指前一步骤的结果，对后一步骤都是“可见”的，这个很容易理解，因为在同个线程内执行，执行结果会马上反馈到线程的工作内存中，对后面的操作当然可见。

2.对一个锁的解锁unlock，先行发生(happens-before)于随后对这个锁的加锁lock。

个人理解，就是无论在多线程或单线程内，某个线程访问对象，必须要等前面的线程解除对该变量的锁定。

3.volatile变量规则，对于一个volatile变量的写，先行发生（happens-before）于随后对这个volatile变量的读。

个人理解，对于volatile变量的读，必须发生在对这个变量的写之后，在之前介绍的文章中，也提到过，这是通过内存屏障来实现的。

4.如果A 先行发生(happens-before) 于B，B 先行发生(happens-before) C，那么可以得到 A 先行发生(happens-before) C。

之所以规定以上规则，是因为在编程时，Java考虑到不能将指令重排序操作暴露给开发者，且如果所有顺序都需要开发者使用volatile或synchronized来保障，非常繁琐且性能底下，因此Java给出这些规则，通过JMM底层实现，让这些规则“自然”发生，减少开发者的工作量。