熟悉 Java 并发编程的都知道，JMM(Java 内存模型) 中的 happen-before(简称 hb)规则，该规则定义了 Java 多线程操作的有序性和可见性，防止了编译器重排序对程序结果的影响。按照官方的说法：

当一个变量被多个线程读取并且至少被一个线程写入时，如果读操作和写操作没有 HB 关系，则会产生数据竞争问题。 要想保证操作 B 的线程看到操作 A 的结果（无论 A 和 B 是否在一个线程），那么在 A 和 B 之间必须满足 HB 原则，如果没有，将有可能导致重排序。 当缺少 HB 关系时，就可能出现重排序问题。

HB 有哪些规则？

这个大家都非常熟悉了应该，大部分书籍和文章都会介绍，这里稍微回顾一下：

其中，传递规则我加粗了，这个规则至关重要。如何熟练的使用传递规则是实现同步的关键。

然后，再换个角度解释 HB：当一个操作 A HB 操作 B，那么，操作 A 对共享变量的操作结果对操作 B 都是可见的。

同时，如果 操作 B HB 操作 C，那么，操作 A 对共享变量的操作结果对操作 B 都是可见的。

而实现可见性的原理则是 cache protocol 和 memory barrier。通过缓存一致性协议和内存屏障实现可见性。

如何实现同步？

在 Doug Lea 著作 《Java Concurrency in Practice》中，有下面的描述：

书中提到：通过组合 hb 的一些规则，可以实现对某个未被锁保护变量的可见性。

但由于这个技术对语句的顺序很敏感，因此容易出错。

楼主接下来，将演示如何通过 volatile 规则和程序次序规则实现对一个变量同步。

来一个熟悉的例子：

class ThreadPrintDemo{

  static int num = 0;
  static volatile boolean flag = false;

  public static void main(String[] args){

    Thread t1 = new Thread(() -> {
      for (; 100 > num; ) {
        if (!flag && (num == 0 || ++num % 2 == 0)) {
          System.out.println(num);
          flag = true;
        }
      }
    }
    );

    Thread t2 = new Thread(() -> {
      for (; 100 > num; ) {
        if (flag && (++num % 2 != 0)) {
          System.out.println(num);
          flag = false;
        }
      }
    }
    );

    t1.start();
    t2.start();
  }
}

这段代码的作用是两个线程间隔打印出 0 – 100 的数字。

熟悉并发编程的同学肯定要说了，这个 num 变量没有使用 volatile，会有可见性问题，即：t1 线程更新了 num，t2 线程无法感知。

哈哈，楼主刚开始也是这么认为的，但最近通过研究 HB 规则，我发现，去掉 num 的 volatile 修饰也是可以的。

我们分析一下，楼主画了一个图：

我们分析这个图：

注意：HB 规则保证上一个操作的结果对下一个操作都是可见的。

所以，上面的小程序中，线程 A 对 num 的修改，线程 B 是完全感知的 —— 即使 num 没有使用 volatile 修饰。

这样，我们就借助 HB 原则实现了对一个变量的同步操作，也就是在多线程环境中，保证了并发修改共享变量的安全性。并且没有对这个变量使用 Java 的原语：volatile 和 synchronized 和 CAS（假设算的话）。

这可能看起来不安全（实际上安全），也好像不太容易理解。因为这一切都是 HB 底层的 cache protocol 和 memory barrier 实现的。

其他规则实现同步

static int a = 1;

  public static void main(String[] args){
    Thread tb = new Thread(() -> {
      a = 2;
    });
    Thread ta = new Thread(() -> {
      try {
        tb.join();
      } catch (InterruptedException e) {
        //NO
      }
      System.out.println(a);
    });

    ta.start();
    tb.start();
  }

2. 利用线程 start 规则实现：

static int a = 1;

  public static void main(String[] args){
    Thread tb = new Thread(() -> {
      System.out.println(a);
    });
    Thread ta = new Thread(() -> {
      tb.start();
      a = 2;
    });

    ta.start();
  }

这两个操作，也可以保证变量 a 的可见性。

确实有点颠覆之前的观念。之前的观念中，如果一个变量没有被 volatile 修饰或 final 修饰，那么他在多线程下的读写肯定是不安全的 —— 因为会有缓存，导致读取到的不是最新的。

然而，通过借助 HB，我们可以实现。

总结

虽然本文标题是通过 happen-before 实现对共享变量的同步操作，但主要目的还是更深刻的理解 happen-before，理解他的 happen-before 概念其实就是保证多线程环境中，上一个操作对下一个操作的有序性和操作结果的可见性。

同时，通过灵活的使用传递性规则，再对规则进行组合，就可以将两个线程进行同步 —— 实现指定的共享变量不使用原语也可以保证可见性。虽然这好像不是很易读，但也是一种尝试。

关于如何组合使用规则实现同步，Doug Lea 在 JUC 中给出了实践。

例如老版本的 FutureTask 的内部类 Sync（已消失），通过 tryReleaseShared 方法修改 volatile 变量，tryAcquireShared 读取 volatile 变量，这是利用了 volatile 规则；

通过在 tryReleaseShared 之前设置非 volatile 的 result 变量，然后在 tryAcquireShared 之后读取 result 变量，这是利用了程序次序规则。

从而保证 result 变量的可见性。和我们的第一个例子类似：利用程序次序规则和 volatile 规则实现普通变量可见性。

而 Doug Lea 自己也说了，这个“借助”技术非常容易出错，要谨慎使用。但在某些情况下，这种“借助”是非常合理的。

实际上，BlockingQueue 也是“借助”了 happen-before 的规则。还记得 unlock 规则吗？当 unlock 发生后，内部元素一定是可见的。

而类库中还有其他的操作也“借助”了 happen-before 原则：并发容器，CountDownLatch，Semaphore，Future，Executor，CyclicBarrier，Exchanger 等。

总而言之，言而总之：

happen-before 原则是 JMM 的核心所在，只有满足了 hb 原则才能保证有序性和可见性，否则编译器将会对代码重排序。hb 甚至将 lock 和 volatile 也定义了规则。

通过适当的对 hb 规则的组合，可以实现对普通共享变量的正确使用。

最后，如果不对，还请指正，万分感谢！