并发--先行发生原则及案例分析

Java-JVM

先行发生原则

先行发生原则是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据。

1. 程序次序规则（Program Order Rule）：在一个线程内，按照程序代码顺序，书写在前面的操作先行发生于书写在后面的操作。准确地说，应该是控制流顺序而不是程序代码顺序，因为要考虑分支、循环等结构。
2. 管程锁定规则（Monitor Lock Rule）：一个unlock操作先行发生于后面对于同一个锁的lock操作。这里必须强调的是同一个锁，而“后面”是指时间上的先后顺序。
3. volatile变量规则（Volatile Variable Rule）：对于一个volatile变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作，这里的“后面”同样是指时间的先后顺序。
4. 线程启动规则（Thread Start Rule）：Thread对象的start()方法先行发生于此线程的每一个动作。
5. 线程终止规则（Thread Termination Rule）：线程中的所有操作都先行发生于对此线程的终止检测，我们可以通过Thread.join()方法结束、Thread.isAlive()的返回值等手段检测到线程已经终止执行。
6. 线程中断规则（Thread Interrupt Rule）：对线程interrupt()方法的调用先行发生于被中断线程的代码检测到中断事件的发生，可以通过Thread.interrupted()方法检测到是否有中断发生。
7. 对象终结规则（Finalizer Rule）：一个对象的初始化完成（构造函数执行结束）先行发生于它的finalize()方法的开始。
8. 传递性（Transitivity）：如果操作A先行发生于操作B，操作B先行发生于操作C，那就可以得出操作A先行发生于操作C的结论。

摘自：《深入理解Java虚拟机——JVM高级特性与最佳实践(第2版)》

案例分析（1）--线程安全类Vector

线程安全类型Vector，只是相对线程安全，并非绝对线程安全

private static Vector<Integer> vector = new Vector<Integer>();
public static void main(String[] args) {
    while (true) {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            vector.add(i);
        }
    Thread removeThread = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
                vector.remove(i);
            }
        }
    });
    Thread getThread = new Thread(new Runnable() {
        public void run() {
            for (int i = 0; i < vector.size(); i++) {
//          尝试加入首先判断i是否在vector size范围内，结果同样报错，
//              if (i < vector.size()) {
//                  continue;
//              }
                vector.get(i);
            }
        }
    });
    removeThread.start();
    getThread.start();
    //不要同时产生过多的线程，否则会导致操作系统假死
        while (Thread.activeCount() > 20) ;
    }
}

1. 程序次序：不满足，remove(i)与get(i)在控制流顺序没有先行发生关系；
2. 管程锁定：不满足，remove(i)与get(i)方法都是synchronized修饰，但各自持有不同的锁，不满足管程锁定要求的同一个锁；
3. volatile变量：不满足，没有volatile修饰变量，无视；
4. 线程启动：不满足，removeThread.start()先与vector.remove(i)，getThread.start()先于vector.get(i)，但后两者明显没有关系；
5. 线程终止：不满足；
6. 线程中断：不满足；
7. 对象终结：不满足，不存在对象终结的关系；
8. 传递性：不满足，加入size()验证作为参考，假定A是remove()，B是size()验证，C是get()，B先于C，但A可能介乎于BC之间，也可能在B之前。因此不符合传递性。

结论：Vector作为相对线程安全对象，其单个方法带Synchronized修饰，是相对线程安全的，但Vector方法之间不是线程安全的，不能保证多个方法作用下的数据一致性。执行例子get()会报错：java.lang.ArrayIndexOutOfBoundsException。