happens-before是JMM最核心的概念，理解happens-before是理解JMM的關鍵。

一.JMM的設計

　　首先，讓我們先分析一下JMM的設計意圖。從JMM的設計者的角度，在設計JMM的時候要考慮一下兩個關鍵因素：
　　1.程序員對內存模型的使用。程序員希望內存模型易於理解、易於編程。程序員希望基於一個強內存模型來編寫代碼。

　　2.編譯器和處理器對內存模型的實現。編譯器和處理器希望內存模型對它們的束縛越少越好，這樣它們就可以做盡可能多的優化來提高性能。編譯器和處理器希望實現一個弱內存模型。

　　上述兩個因素相互矛盾，所以JSR-133專家組在設計JMM時的核心目標就是找到一個好的平衡點：一方面，要為程序員提供足夠強的內存可見性保證；另一方面，對編譯器和處理器的限制要盡可能地放松。下面讓我們來看JSR-133是如何實現這一目標的。

double pi = 3.14;　　 // A
double r = 1.0;　　　　 // B
double area = pi * r * r;　 // C

　　上述計算圓的面積的代碼中，存在三個happens-before關系：
　　　　A happens-before B

　　　　B happens-before C

　　　　A happens-before C

　　在者三個happens-before關系中2和3是必須的，1是不必要的。因此JMM把happens-before要求禁止的重排序分了下面兩類

　　1.會改變程序執行結果的重排序

　　2.不會改變程序執行結果的重排序

　　JMM對這兩種不同性質的重排序，采用了不同的策略，如下：
　　1.對於會改變程序執行結果的重排序，JMM要求編譯器和處理器必須禁止這種重排序

　　2.對於不會改變程序執行結果的重排序，JMM對編譯器和處理器不做要求（JMM允許這種重排序）

　　下圖是JMM的設計示意圖

　　JMM向程序員提供的happens-before規則能滿足程序員的要求，JMM的happens-before規則不但簡單易懂，而且也向程序員提供了足夠強的內存可見性保證。

　　JMM對編譯器和處理器的束縛已經盡可能少。從上面的分析可以看出，JMM其實是在遵循一個基本原則：只要不改變程序的執行結果（指的是單線程程序和正確同步的多線程程序），編譯器和處理器怎麽優化都行。例如，如果編譯器經過細致的分析後，認定一個鎖只會被單個線程訪問，那麽這個鎖可以被消除。再如，如果編譯器經過細致的分析後，認定一個volatile變量只會被單個線程訪問，那麽編譯器可以把這個volatile變量當作一個普通變量來對待。這些優化既不會改變程序的執行結果，又能提高程序的執行效率。

二.happens-before的定義

　　happens-before的概念最初由Leslie Lamport在其一篇影響深遠的論文（《Time，Clocks andthe Ordering of Events in a Distributed System》）中提出。Leslie Lamport使用happens-before來定義分布式系統中事件之間的偏序關系（partial ordering）。Leslie Lamport在這篇論文中給出了一個分布式算法，該算法可以將該偏序關系擴展為某種全序關系。

　　JSR-133使用happens-before的概念來指定兩個操作之間的執行順序。由於這兩個操作可以在一個線程之內，也可以是在不同線程之間。因此，JMM可以通過happens-before關系向程序員提供跨線程的內存可見性保證（如果A線程的寫操作a與B線程的讀操作b之間存在happensbefore關系，盡管a操作和b操作在不同的線程中執行，但JMM向程序員保證a操作將對b操作可見）。

　　《JSR-133:Java Memory Model and Thread Specification》對happens-before關系的定義如下：

　　1.如果一個操作happens-before另一個操作，那麽第一個操作的執行結果將對第二個操作可見，而且第一個操作的執行順序排在第二個操作之前。

　　2.兩個操作之間存在happens-before關系，並不意味著Java平臺的具體實現必須要按照happens-before關系指定的順序來執行。如果重排序之後的執行結果，與按happens-before關系來執行的結果一致，那麽這種重排序並不非法。

　　上面1是JMM對程序員的承諾。從程序員的角度來說，可以這樣理解happens-before關系：如果A happens-before B，那麽Java內存模型將向程序員保證——A操作的結果將對B可見，且A的執行順序排在B之前。註意，這只是Java內存模型向程序員做出的保證！

　　上面2是JMM對編譯器和處理器沖排序的約束。MM其實是在遵循一個基本原則：只要不改變程序的執行結果，編譯器和處理器怎麽優化都行。happens-before這麽做的目的，都是為了在不改變程序執行結果的前提下，盡可能地提高程序執行的並行度。

三.happens-before規則

　　1.程序順序規則：一個線程中的每個操作，happens-before於該線程中的任意後續操作

　　2.監視器鎖規則：對一個鎖的解鎖，happens-before於隨後對這個鎖的加鎖

　　3.volatile變量規則：對一個volatile域的寫，happens-before於任意後續對這個volatile域的讀

　　4.傳遞性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那麽A happens-before C

　　5.start規則：如果線程A執行操作ThreadB.start()（啟動線程B），那麽A線程的ThreadB.start()操作happens-before於線程B中的任意操作

　　6.join規則：如果線程A執行操作ThreadB.join()並成功返回，那麽線程B中的任意操作happens-before於線程A從ThreadB.join()操作成功返回。

Java並發編程之happens-before