Java内存模型：易失性变量和发生-之前

Question

我想澄清发生前关系是如何与不稳定变量一起工作的。让我们有以下变量：

public static int i, iDst, vDst;
public static volatile int v;

和线程A：

i = 1;
v = 2;

和线程B：

vDst = v;
iDst = i;

根据Java内存模型（JMM），以下语句是否正确？如果不是，正确的解释是什么？

• i=1总是发生-之前v=2
• v=2在JMM中发生在vDst=v之前，只有当它实际发生在时间之前
• i=1在JMM中发生在iDst=i之前（并且iDst将被可预测地分配1）如果v=2实际发生在vDst=v 在时间
• 否则i=1和iDst=i之间的顺序是未定义的，并且iDst的结果值也是未定义的

逻辑上的错误：

JMM中没有“挂钟时间”概念，我们应该依赖同步顺序作为v=2和vDst=v的订购指南。有关更多详细信息，请参阅所选答案。




Answer 1

所有同步操作（易失性w/r、锁定/解锁等）形成一个总顺序。[1]这是一个非常有力的陈述；它使分析更容易。对于易失性v，要么读取在写入之前，要么写入在读取之前，按此总顺序排列。当然，顺序取决于实际执行。

根据总的顺序，我们可以建立之前发生的部分顺序。[2] 如果一个变量的所有读写操作（无论是否易变）都在一个偏序链上，那么很容易进行分析——读操作可以看到前面的写操作。这就是JMM的要点——在读/写操作上建立命令，这样就可以像顺序执行一样对它们进行推理。

但是，如果易失性读取在易失性写入之前呢？这里我们需要另一个关键的约束——读不能看到写。[三]

因此，我们可以推理，

1. 读取v会看到0（初始值）或2（易失性写入）
2. 如果看到2，则必须是读在写之后；在这种情况下，发生在链之前

i的最后一点读取必须看到写入i的操作之一；在本例中，为0或1。它永远不会看到任何写入的神奇值。

引用java8规范：

[1]http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-17.html#jls-17.4.4

[2]http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-17.html#jls-17.4.5

[3]http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-17.html#jls-17.4.7

对总顺序的随机想法：

由于这个总的顺序，我们可以说一个同步动作发生在另一个同步动作之前，好像很及时。这个时间可能与挂钟不符，但对我们的理解来说，它并不是一个坏的心智模型。（实际上，java中的一个动作对应于一系列硬件活动，不可能定义一个时间点）

甚至物理时间也不是绝对的。记住，光在1ns内传播30厘米；在今天的处理器上，时间顺序肯定是相对的。总顺序实际上要求从一个动作到下一个动作有因果关系。这是一个非常强的需求，你可以打赌JVM会努力优化它。

Answer 2

1. i=1总是发生在 v=2之前，因为：

如果x和y是同一线程的动作，并且x在程序顺序中位于y之前，那么hb（x，y）。

对易失性字段（§8.3.1.4）的写入发生在该字段的每次后续读取之前。

• i=1发生-之前 v=2
• v=2发生-之前vDst=v
• vDst=v发生-之前iDst=i

如果hb（x，y）和hb（y，z），那么hb（x，z）。

编辑：

正如@user2357112所说，语句2和3似乎并不准确。正如JLS的同一部分所提到的，发生前关系不一定在具有这种关系的动作之间强加时间顺序：

应该注意的是，两个动作之间的“先发生后发生”关系的存在并不一定意味着它们必须在实现中按该顺序发生。如果重新排序产生的结果与合法执行一致，则不违法。

因此，根据JLS中提到的规则，我们不应该对报表的实际执行时间进行假设。

Answer 3

• i=1总是发生在v=2

真实。根据JLS第17.4.5节，

如果x和y是同一线程的动作，并且x在程序顺序中位于y之前，那么hb（x，y）。

• v=2发生在JMM中的vDst=v之前，前提是它实际上发生在时间之前

错误的“先发制人”命令不能保证在物理时间内事情先发制人。来自JLS的同一部分，

应该注意的是，两个动作之间的“先发生后发生”关系的存在并不一定意味着它们必须在实现中按该顺序发生。如果重新排序产生的结果与合法执行一致，则不违法。

然而，如果v=2出现在vDst=v之前，并且i=1出现在iDst=i之前，则可以保证v=2出现在vDst=之前v在同步顺序中，执行的同步操作的总顺序，经常被误认为实时顺序。

• 否则，i=1和iDst=i之间的顺序未定义，iDst的结果值也未定义

如果同步顺序中vDst=v出现在v=2之前，但实际时间没有出现，则会出现这种情况。