浅谈memory barrier和happen before

来举个例子，设想场景中有三个人物，小强，小强妈妈，小强爸爸。

星期天的早上，小强妈妈叫小强起床，并给小强做好了饭菜，倒好了水。小强妈妈任务结束，去跳广场舞。

小强平日里，都是先吃饭，后喝水。小强爸爸，看见小强喝水了，就会认为小强吃完饭了，就会默默的去洗碗 。

小强妈妈，并不关心小强是先喝水还是先吃饭，她已经出去玩了。小强自己也不在意先喝水还是先吃饭，总之吃饱喝足即可。

小强先吃饭还是先喝水却能够影响到他的爸爸，想要让爸爸保证正确行为，小强必须按照顺序，先吃饭后喝水。

有一些特殊情况，小强需要接电话，接电话时可以喝水，但吃饭就不方便了，所以小强就会先喝水，然后再吃饭，这样更节省时间。

但这种行为不会影响到小强和她的妈妈，但对于小强爸爸，就悲剧了，看见儿子喝水了，但碗里还是有饭无法洗。

恩恩，很多事情就是这样啊，我们自己不关心做事顺序，有些人也不关心我们做事的顺序，我们更关注结果。但对于依据我们行为顺序做出决策的人就截然不同。

就像打扑克一样，同样一副牌能否赢，很大程度上依赖于你出牌的顺序，哈哈。顺序可以影响结果，也可以对结果没有影响。

相信大家已经有了感性的认识，接下来把术语带进来。

那么设想这三个人，分别是三个线程，A线程，B线程，C线程。

如果只有A,B两个线程，A要执行两个任务，B不于A交互，A，B只关心结果，那么编译器和处理器可以对A的任务任意重排，以图节省CPU时间。

但是，我们的编译器和CPU不会聪明到发现C依赖于A的顺序，而我们编译器和CPU第一要务仍然是重排指令以提供效率，节省时间。这样我们的程序就出现了非预期的各种结果。

补充说明一下：

我们CPU不仅是会重排指令啊，它会的更多，比如分支预测技术，缓存技术等等。

分支预测：猜测下一条指令是进入if还是进入else，stackoverflow上排名第一的问题http://stackoverflow.com/questions/11227809/why-is-processing-a-sorted-array-faster-than-an-unsorted-array。

缓存技术：我们说快速排序比归并排序好在哪里，在算法学术层面两个算法的复杂度是一样的，那为什么快速排序好，就是因为快速排序有很强的缓存优势。

这样问题就来了，处理器和编译器需要你的帮助，不然也许会错误的优化你的代码。哈哈memory_barrier就是干这个的，提示编译器和CPU不要重排你的代码。

memory_barrier主要分为两大类，一类是编译器的，一类是CPU的。其中CPU的barrier由分为几种读屏障，写屏障等等，实际上是为了防止读写内存乱序的。

CPU主要也分两大类，一类是强序的（不改变代码的执行顺序），一类是弱序的（改变代码的执行顺序）。

对于强序CPU，我们只需要编译器barrier，对于弱序CPU我们同时需要两者。

好的，第一个问题终于谈完啦，在谈谈happen-before吧。

首先，排除另一个容易混淆的概念，happening-before，一个事件A发生在B事件之前，如下示意图

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    （A start）|-------||----|    （A end） 

    （B start）    |----|         （B end）  

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A先发生，B后发生，当B需要A的结果，B可见A的结果（它需要的部分已经可见），并且A的后续操作对B无影响。A happen-before  B，but not  happening before B

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（A start）|-----------|       （A end）  

（B start）                 |----|（B end）

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A先发生，B后发生，并且(注意并且保持学术严谨)A的结果对B可见，通常应该是必然可见的.A happen-before  B,and happening before B

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（B start）|------------||--|    （B end）

   (A start）  |----------|          (A end)

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B先发生，A后发生，当B需要A的结果，B可见A的结果，那么A happen before B，but not happening before B。

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（A start）|---------|            (A end)    

  (B start)      |-------||-----|      (B end)

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A先发生，B后发生，当B需要A的结果，B可见A的结果，那么A happen-before B, and happening-before B.

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（A start）|------------||----|     (A end) 
  (B start)      |----------|      (B end)

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A先发生，B后发生，当B需要A的结果，B可见A的结果（它需要的部分已经可见），并且A的后续操作对B无影响。A happen-before B, and happening-before B.

---------------------------------------------

（A start） |--------||----|     (A end)  

(B start)    |----------|      (B end)

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B先发生，A后发生，当B需要A的结果，B可见A的结果（它需要的部分已经可见），并且A的后续操作对B无影响。A happen-before B, but not happening-before B.

如果反推回去，我们会发现A happen before B 什么也推不出来，A可以发生在B之前或之后，结束在之前或之后。

我个人的理解，无论上述操作在时间关系上如何，我们铭记一点，A happen-before B，那么A产生的的结果（B需要那部分），在B需要时，对B可见。换个角度将A必须能够的影响到B。

A已经发生了，但B不认为A已经发生了，A对B无影响，那么关系不成了。

就算B先发生，但A确实对B产生了影响，就如同A先发生一样，关系依旧成立。

在补充一句话，我觉得说的比较有道理：

理解内存栅栏和happen-before关系有什么具体应用啊？那么我们可能在无锁编程中大量应用，另外在锁编程中，memory barrier一样是有用的。在单例模式并不简单那篇文章中，提到memory barrier应用。

所谓的“无锁数据结构"其实不是真的没有锁，只是没有使用普通的那种锁，一般用原子操作（原子增、减、比较和交换CAS等）修改关键计数器、指针等，利用内存屏障避免乱序执行问题，在读写互斥时一般采用忙等待（自旋锁）。无锁数据结构的适用性比普通的有锁结构小，一般用于在读写冲突概率较小，而对性能又要求很高的场合。

最后，本文正确性，有待考证。我不希望被转载，有缘人看之，取其精华，弃其糟粕，谢谢。欢迎交流