重排序是指編譯器和處理器為了優(yōu)化程序性能而對(duì)指令序列進(jìn)行重新排序的一種手段

1. 在程序執(zhí)行時(shí)，為了提高性能，編譯器和處理器通常會(huì)對(duì)指令進(jìn)行重排序，但是不能隨意的重排序，必須滿(mǎn)足一下兩點(diǎn)

• 單線程情況下，不能改變程序執(zhí)行結(jié)果
• 存在數(shù)據(jù)依賴(lài)性關(guān)系的操作之間不能重排序

數(shù)據(jù)的依賴(lài)性

1. 如果兩個(gè)操作訪問(wèn)同一個(gè)共享變量，且這兩個(gè)操作有一個(gè)是寫(xiě)操作，那么這兩個(gè)操作之間就存在數(shù)據(jù)依賴(lài)性
2. 編譯器和處理器會(huì)在重排序時(shí)，遵守?cái)?shù)據(jù)依賴(lài)性，編譯器和處理器不會(huì)改變存在數(shù)據(jù)依賴(lài)性的兩個(gè)操作的執(zhí)行順序
3. 這里的數(shù)據(jù)依賴(lài)性也只是針對(duì)單個(gè)處理器中執(zhí)行的指令序列和單個(gè)線程中執(zhí)行的操作，不同處理器之間和不同線程之間的數(shù)據(jù)依賴(lài)性不被編譯器和處理器考慮

as-if-serial語(yǔ)義

1. as-if-serial語(yǔ)義的意思是，不管怎么重排序(編譯器和處理器為了提高并行度)，單線程程序的執(zhí)行結(jié)果不能改變。編譯器、runtime和處理器都必須遵守as-if-serial語(yǔ)義
2. 為了遵守as-if-serial語(yǔ)義，編譯器和處理器不會(huì)對(duì)存在數(shù)據(jù)依賴(lài)性的操作重排序，因?yàn)橐坏┲嘏判颍涂赡軙?huì)影響程序的執(zhí)行結(jié)果，對(duì)于不存在數(shù)據(jù)依賴(lài)性的操作，是可能會(huì)被編譯器和處理器做重排序處理

int a = 1; //A
int b = 2; //B
int c = a + b; //C

3. 上面的數(shù)據(jù)依賴(lài)性關(guān)系是，C依賴(lài)于A和B，而A和B之間不存在數(shù)據(jù)依賴(lài)性，因此編譯器可以對(duì)A和B進(jìn)行重排序
4. as-if-serial語(yǔ)義給我們一個(gè)錯(cuò)覺(jué)，遵守as-if-serial語(yǔ)義的編譯器和處理器，在單線程的情況下，程序是按照順序執(zhí)行，其實(shí)，對(duì)于不存在數(shù)據(jù)依賴(lài)性的操作，編譯器和處理器可以隨意的對(duì)其進(jìn)行重排序操作，以提高執(zhí)行效率

程序順序規(guī)則

1. 根據(jù)happens-before的程序規(guī)則，上面的例子中

• A happens-before B
• B happens-before C
• A happens-before C

2. 這里的A happens-before C是根據(jù)happens-before的傳遞性推導(dǎo)出來(lái)的

重排序?qū)Χ嗑€程的影響

1. 如下代碼塊

class Example {
    int a = 0;
    boolean flag = false;
    public void writer() {
        a = 1;  //  1
        flag = true;  //  2
    }
    public void reader() {
        if (flaf) {  //  3
            int i = a + a;  //  4
        }
    }
}

2. falg變量是一個(gè)標(biāo)記，用來(lái)標(biāo)記變量a是否已被寫(xiě)入，假如有線程A和線程B，A先執(zhí)行writer，B執(zhí)行reader，線程B在執(zhí)行操作4時(shí)， 能否看到線程A在操作1對(duì)共享變量a的寫(xiě)入呢？答案是不一定能看到，由于1和2之間沒(méi)有數(shù)據(jù)依賴(lài)性，編譯器和處理器可以對(duì)這兩個(gè)操作進(jìn)行重排序，二3和4之間沒(méi)有數(shù)據(jù)依賴(lài)性，編譯器和處理器也可以對(duì)這兩個(gè)操作進(jìn)行重排序，當(dāng)1和2進(jìn)行重排序時(shí)，線程B執(zhí)行的結(jié)果就處于一種待定的情況了

參考
周志明 《深入理解Java虛擬機(jī)》
方騰飛 《Java并發(fā)編程的藝術(shù)》

寫(xiě)在最后

我從未感覺(jué)如此強(qiáng)烈，我的靈魂離我如此遙遠(yuǎn)，而且的存在卻如此的真實(shí)