并发编程之并发理论篇--as-if-serial规则和happens-before规则的区别

2023-10-09 04:28
文章标签 并发 编程 规则 区别 理论 serial happens

本文主要是介绍并发编程之并发理论篇--as-if-serial规则和happens-before规则的区别，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

目录

as-if-serial规则

happens-before规则

happens-before定义

具体的六条规则

代码示例

as-if-serial规则

happens-before规则

as-if-serial与happens-before的区别

as-if-serial规则

as-if-serial规则确保了单线程程序的执行结果不会被改变，即在单线程环境下，程序的执行顺序应当按照代码的顺序来执行，而不会受到编译器和处理器的重排序的影响。

具体来说，as-if-serial规则包括以下两个方面：

  • 编译器重排序：编译器在不改变单线程程序的语义的前提下，可以对指令顺序进行重排，以优化程序性能。但是，编译器不能改变存在数据依赖关系的操作的执行顺序，因为这样可能会改变程序的执行结果。
  • 处理器重排序：处理器在执行指令时，也可以对其进行重排序。类似地，处理器不能改变存在数据依赖关系的操作的执行顺序。

总的来说，as-if-serial规则保证了单线程程序在多线程环境下的正确性。它确保了在不改变程序语义的情况下，编译器和处理器对指令的重排序不会影响单线程程序的执行结果。这样可以提高程序的性能，同时保持程序的正确性。

happens-before规则

happens-before规则是Java内存模型（JMM）为并发编程提供的六条规则，用于推断跨线程的内存可见性问题。这些规则可以帮助程序员理解操作之间的执行顺序，并通过happens-before关系来保证内存可见性。

happens-before定义

happens-before关系最初由Leslie Lamport在他的论文《Time, Clocks, and the Ordering of Events in a Distributed System》中提出，并被Java内存模型（JMM）采用来描述并发编程中操作之间的执行顺序。

根据JMM的规定，如果一个操作A happens-before另一个操作B，那么操作A的执行结果对操作B可见，并且操作A的执行顺序在操作B之前。这个关系可以是在同一个线程内的两个操作，也可以是在不同线程中的两个操作。

happens-before关系的主要作用是为程序员提供跨线程的内存可见性保证。具体来说，如果操作A和操作B之间存在happens-before关系，尽管它们可能在不同的线程中执行，JMM保证操作A的结果对操作B可见。

需要注意的是，happens-before关系并不意味着Java平台的具体实现必须按照happens-before关系指定的顺序执行操作。编译器和处理器可以对操作进行重排序，只要重排序后的执行结果与按照happens-before关系执行的结果一致即可。这样做是为了允许编译器和处理器进行优化，同时保持程序的语义正确性。

总结起来，happens-before关系是Java内存模型提供的一种保证机制，用于指定操作之间的执行顺序，以确保内存可见性和程序的语义正确性。

具体的六条规则

  1. 程序顺序规则：一个线程中的每个操作在该线程中都是按照顺序执行的，前一个操作的结果对后续操作可见。
  2. 监视器锁规则：对一个锁的解锁操作先行发生于随后对该锁的加锁操作。也就是说，释放锁的操作先行发生于获取锁的操作。
  3. volatile变量规则：对一个volatile变量的写操作先行发生于随后对该变量的读操作。volatile关键字保证了变量的可见性。
  4. 传递性规则：如果操作A先行发生于操作B，并且操作B先行发生于操作C，那么操作A先行发生于操作C。即，如果A happens-before B，B happens-before C，则A happens-before C。
  5. start()规则：如果线程A执行了线程B的start()操作（启动线程B），则线程A中的ThreadB.start()操作先行发生于线程B中的任何操作。
  6. join()规则：如果线程A执行了线程B的join()操作并成功返回，那么线程B中的任何操作都先行发生于线程A从join()操作成功返回。
  7. 线程中断规则：对线程 interrupt() 方法的调用 happens-before 于被中断线程的响应操作。
  8. 对象 finalize 规则：一个对象的初始化操作 happens-before 于该对象 finalize() 方法的开始。

代码示例

as-if-serial规则和happens-before规则是Java内存模型提供的两个重要的约束原则，下面以代码示例的方式来说明它们的作用：

as-if-serial规则

as-if-serial规则是Java内存模型提供的一个优化原则，指的是编译器和处理器可以对操作进行重排序，只要不改变程序的执行结果。下面是一段示例代码：

public class AsIfSerialExample {private int x = 0;private boolean flag = false;public void write() {x = 1;flag = true;}public void read() {if (flag) {int y = x + 1;System.out.println("y = " + y);}}
}

上述代码中，write()方法会先写入x的值为1，然后再将flag标记为true；read()方法会检查flag的值，如果为true，则读取x的值并计算y = x + 1。

根据as-if-serial规则，编译器和处理器可以对write()方法和read()方法中的操作进行重排序，如下所示：

public void write() {flag = true;x = 1;
}public void read() {if (flag) {int y = x + 1;System.out.println("y = " + y);}
}

从程序执行结果来看，以上两种代码是等价的，因为它们都会输出y的值为2，符合as-if-serial规则的要求。注意，这种重排序只有在不影响程序执行结果的情况下才能进行。

happens-before规则

happens-before规则是Java内存模型提供的一个约束原则，用于指定操作之间的执行顺序，并为程序员提供跨线程的内存可见性保证。下面是一段示例代码：

public class HappensBeforeExample {private int x = 0;public void write() {x = 1;}public void read() {if (x == 1) {System.out.println("x = " + x);}}
}

上述代码中，write()方法会将x的值设置为1；read()方法会检查x的值是否为1，并输出x的值。

根据happens-before规则，如果write()操作happens-before read()操作，则x的值为1将对read()方法可见。因此，可以使用volatile关键字来保证happens-before关系，如下所示：

public class HappensBeforeExample {private volatile int x = 0;public void write() {x = 1;}public void read() {if (x == 1) {System.out.println("x = " + x);}}
}

在这种情况下，无论x和read()方法在哪两个线程中执行，happens-before规则都保证了x的值为1对read()方法的可见性。

as-if-serial与happens-before的区别

as-if-serial规则和happens-before规则是Java内存模型中的两个不同的概念，它们有以下几个区别：

1、作用范围：

  • as-if-serial规则：该规则是编译器和处理器的优化原则，它允许对操作进行重排序，只要不改变程序的执行结果。它的作用范围是在单个线程内部。
  • happens-before规则：该规则是Java内存模型提供的保证机制，用于指定操作之间的执行顺序，并为程序员提供跨线程的内存可见性保证。它的作用范围是在多线程之间。

2、目的：

  • as-if-serial规则：它的目的是允许编译器和处理器进行优化，以提高程序的执行效率。重排序可以改变操作的执行顺序，但不能改变程序的语义。
  • happens-before规则：它的目的是确保多线程环境下操作的顺序性和可见性，以避免数据竞争和并发错误。happens-before关系确定了操作之间的先后顺序，保证了内存可见性和一致性。

3、用途：

  • as-if-serial规则：它提供了一种优化机制，允许编译器和处理器对操作进行重排序，以提高程序的性能。它在编译器和处理器级别起作用，并且不会改变程序的语义。
  • happens-before规则：它提供了一种内存可见性保证机制，在多线程编程中非常重要。通过happens-before关系，程序员可以确保操作的执行顺序和对共享数据的修改在不同线程之间正确传递。

总的来说，as-if-serial和happens-before都是为了提高程序执行效率和保证多线程程序的正确性而存在的。as-if-serial规则是编译器和处理器的优化原则，允许对操作进行重排序以提高程序的性能，适用于单线程程序的优化；而happens-before规则是保证多线程环境下操作顺序性和可见性的机制，确保操作执行的先后顺序和对共享数据的修改在不同线程之间正确传递，适用于多线程环境下的同步操作。

下面是一个结合了as-if-serial和happens-before的Java代码示例：

public class Main {private static int sharedVariable = 0;private static boolean flag = false;public static void main(String[] args) {Thread writerThread = new Thread(() -> {sharedVariable = 1;  // 对共享变量的写操作（W1）flag = true;  // 对共享变量的写操作（W2）});Thread readerThread = new Thread(() -> {int localVar = sharedVariable;  // 对共享变量的读操作（R1）boolean localFlag = flag;  // 对共享变量的读操作（R2）if (localFlag) {  // 先读取flag的值（R3）System.out.println("共享变量 = " + localVar);  //输出：共享变量 = 1}});writerThread.start();readerThread.start();}
}

在该示例中，我们有一个写线程(writerThread)和一个读线程(readerThread)，它们共享一个变量sharedVariable，并通过一个布尔标志flag进行通信。根据happens-before规则，在不使用显式的同步操作的情况下，共享变量的写操作先于读操作，能够保证读线程能够观察到写线程对共享变量的修改。

此外，代码中还涉及到了as-if-serial规则。读线程在进行变量的读操作时，会产生本地变量localVar和localFlag，这种本地变量的引入可以避免编译器对读操作的重排序，因为编译器不能改变程序的语义，它必须保证读操作与写操作在as-if-serial意义下的执行顺序。

这篇关于并发编程之并发理论篇--as-if-serial规则和happens-before规则的区别的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/170328。

相关文章

2024年流动式起重机司机证模拟考试题库及流动式起重机司机理论考试试题

2024年流动式起重机司机证模拟考试题库及流动式起重机司机理论考试试题

题库来源：安全生产模拟考试一点通公众号小程序 2024年流动式起重机司机证模拟考试题库及流动式起重机司机理论考试试题是由安全生产模拟考试一点通提供，流动式起重机司机证模拟考试题库是根据流动式起重机司机最新版教材，流动式起重机司机大纲整理而成（含2024年流动式起重机司机证模拟考试题库及流动式起重机司机理论考试试题参考答案和部分工种参考解析），掌握本资料和学校方法，考试容易。流动式起重机司机考试技
阅读更多...
Linux 网络编程 --- 应用层

Linux 网络编程 --- 应用层

一、自定义协议和序列化反序列化 代码： 序列化反序列化实现网络版本计算器 二、HTTP协议 1、谈两个简单的预备知识 https://www.baidu.com/ --- 域名 --- 域名解析 --- IP地址 http的端口号为80端口，https的端口号为443 url为统一资源定位符。CSDNhttps://mp.csdn.net/mp_blog/creation/editor
阅读更多...
【Python编程】Linux创建虚拟环境并配置与notebook相连接

【Python编程】Linux创建虚拟环境并配置与notebook相连接

1.创建 使用 venv 创建虚拟环境。例如，在当前目录下创建一个名为 myenv 的虚拟环境： python3 -m venv myenv 2.激活 激活虚拟环境使其成为当前终端会话的活动环境。运行： source myenv/bin/activate 3.与notebook连接 在虚拟环境中，使用 pip 安装 Jupyter 和 ipykernel： pip instal
阅读更多...
系统架构师考试学习笔记第三篇——架构设计高级知识（20）通信系统架构设计理论与实践

系统架构师考试学习笔记第三篇——架构设计高级知识（20）通信系统架构设计理论与实践

本章知识考点：         第20课时主要学习通信系统架构设计的理论和工作中的实践。根据新版考试大纲,本课时知识点会涉及案例分析题(25分),而在历年考试中,案例题对该部分内容的考查并不多,虽在综合知识选择题目中经常考查,但分值也不高。本课时内容侧重于对知识点的记忆和理解,按照以往的出题规律,通信系统架构设计基础知识点多来源于教材内的基础网络设备、网络架构和教材外最新时事热点技术。本课时知识
阅读更多...
高并发环境中保持幂等性

高并发环境中保持幂等性

在高并发环境中保持幂等性是一项重要的挑战。幂等性指的是无论操作执行多少次，其效果都是相同的。确保操作的幂等性可以避免重复执行带来的副作用。以下是一些保持幂等性的常用方法： 唯一标识符： 请求唯一标识：在每次请求中引入唯一标识符（如 UUID 或者生成的唯一 ID），在处理请求时，系统可以检查这个标识符是否已经处理过，如果是，则忽略重复请求。幂等键（Idempotency Key）：客户端在每次
阅读更多...
native和static native区别

native和static native区别

本文基于Hello JNI  如有疑惑，请看之前几篇文章。 native 与 static native java中 public native String helloJni();public native static String helloJniStatic();1212 JNI中 JNIEXPORT jstring JNICALL Java_com_test_g
阅读更多...
【编程底层思考】垃圾收集机制，GC算法，垃圾收集器类型概述

【编程底层思考】垃圾收集机制，GC算法，垃圾收集器类型概述

Java的垃圾收集（Garbage Collection，GC）机制是Java语言的一大特色，它负责自动管理内存的回收，释放不再使用的对象所占用的内存。以下是对Java垃圾收集机制的详细介绍： 一、垃圾收集机制概述： 对象存活判断：垃圾收集器定期检查堆内存中的对象，判断哪些对象是“垃圾”，即不再被任何引用链直接或间接引用的对象。内存回收：将判断为垃圾的对象占用的内存进行回收，以便重新使用。
阅读更多...
Go Playground 在线编程环境

Go Playground 在线编程环境

For all examples in this and the next chapter, we will use Go Playground. Go Playground represents a web service that can run programs written in Go. It can be opened in a web browser using the follow
阅读更多...
深入理解RxJava：响应式编程的现代方式

深入理解RxJava：响应式编程的现代方式

在当今的软件开发世界中，异步编程和事件驱动的架构变得越来越重要。RxJava，作为响应式编程（Reactive Programming）的一个流行库，为Java和Android开发者提供了一种强大的方式来处理异步任务和事件流。本文将深入探讨RxJava的核心概念、优势以及如何在实际项目中应用它。 文章目录 💯 什么是RxJava？💯 响应式编程的优势💯 RxJava的核心概念
阅读更多...
函数式编程思想

函数式编程思想

我们经常会用到各种各样的编程思想，例如面向过程、面向对象。不过笔者在该博客简单介绍一下函数式编程思想. 如果对函数式编程思想进行概括，就是f(x) = na(x) , y=uf(x)…至于其他的编程思想，可能是y=a(x)+b(x)+c(x)…，也有可能是y=f(x)=f(x)/a + f(x)/b+f(x)/c… 面向过程的指令式编程 面向过程，简单理解就是y=a(x)+b(x)+c(x)
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2