前言

本文主要从简单的单例模式为切入点，分析单例模式可能存在的一些问题，以及如何借助Happens-Before分析、检验代码在多线程环境下的安全性。

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学习Java并发，到后面总会接触到happens-before偏序关系。初接触玩意儿简直就是不知所云，下面是经过一段时间折腾后个人对此的一点浅薄理解，希望对初接触的人有帮助。如有不正确之处，欢迎指正。

synchronized、大部分锁，众所周知的一个功能就是使多个线程互斥/串行的（共享锁允许多个线程同时访问，如读锁）访问临界区，但他们的第二个功能 —— 保证变量的可见性 —— 常被遗忘。

为什么存在可见性问题？简单介绍下。相对于内存，CPU的速度是极高的，如果CPU需要存取数据时都直接与内存打交道，在存取过程中，CPU将一直空闲，这是一种极大的浪费，妈妈说，浪费是不好的，所以，现代的CPU里都有很多寄存器，多级cache，他们比内存的存取速度高多了。某个线程执行时，内存中的一份数据，会存在于该线程的工作存储中（working memory，是cache和寄存器的一个抽象，这个解释源于《Concurrent Programming in Java: Design Principles and Patterns, Second Edition》§2.2.7，原文：Every thread is defined to have a working memory (an abstraction of caches and registers) in which to store values. 有不少人觉得working memory是内存的某个部分，这可能是有些译作将working memory译为工作内存的缘故，为避免混淆，这里称其为工作存储，每个线程都有自己的工作存储），并在某个特定时候回写到内存。单线程时，这没有问题，如果是多线程要同时访问同一个变量呢？内存中一个变量会存在于多个工作存储中，线程1修改了变量a的值什么时候对线程2可见？此外，编译器或运行时为了效率可以在允许的时候对指令进行重排序，重排序后的执行顺序就与代码不一致了，这样线程2读取某个变量的时候线程1可能还没有进行写入操作呢，虽然代码顺序上写操作是在前面的。这就是可见性问题的由来。

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本文属于作者原创，原文发表于InfoQ：http://www.infoq.com/cn/articles/java-memory-model-1

并发编程模型的分类

在并发编程中，我们需要处理两个关键问题：线程之间如何通信及线程之间如何同步（这里的线程是指并发执行的活动实体）。通信是指线程之间以何种机制来交换信息。在命令式编程中，线程之间的通信机制有两种：共享内存和消息传递。
在共享内存的并发模型里，线程之间共享程序的公共状态，线程之间通过写-读内存中的公共状态来隐式进行通信。在消息传递的并发模型里，线程之间没有公共状态，线程之间必须通过明确的发送消息来显式进行通信。
同步是指程序用于控制不同线程之间操作发生相对顺序的机制。在共享内存并发模型里，同步是显式进行的。程序员必须显式指定某个方法或某段代码需要在线程之间互斥执行。在消息传递的并发模型里，由于消息的发送必须在消息的接收之前，因此同步是隐式进行的。
Java的并发采用的是共享内存模型，Java线程之间的通信总是隐式进行，整个通信过程对程序员完全透明。如果编写多线程程序的Java程序员不理解隐式进行的线程之间通信的工作机制，很可能会遇到各种奇怪的内存可见性问题。
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原文：http://www.cs.umd.edu/class/fall2010/cmsc433/lectures/happens-before.txt

译者：丁一

“Happens before”是由Leslie Lamport引入的用来描述程序事件的一种偏序关系。

将多线程的执行看作是事件E的轨迹R，定义如下(轨迹只是一种次序):

Events E ::= start(T)
	  |  end(T)
	  |  read(T,x,v)
  	|  write(T,x,v)
	  |  spawn(T1,T2)
	  |  join(T1,T2)
	  |  lock(T,x)
	  |  unlock(T,x)

这里T是一个线程标识符，x是一个变量，v是一个值。read(T,x,v)事件表示线程T从变量x中读出值v。同时假定轨迹R是结构良好的，即要求在R中，线程T的第一个事件必须是start(T)。在end(T)之后不再有线程T相关的事件。
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