在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令做重排序。

重排序分3种类型。

1. 编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。

2. 指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术（Instruction-LevelParallelism，ILP）来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。

3. 内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行。

写缓冲区

写缓冲区临时保存向内存写入的数据。

好处：

写缓冲区可以保证指令流水线持续运行，它可以避免由于处理器停顿下来等待向内存写入数据而产生的延迟。同时，通过以批处理的方式刷新写缓冲区，以及合并写缓冲区中对同一内存地址的多次写，减少对内存总线的占用。

每个处理器上的写缓冲区，仅仅对它所在的处理器可见。这个特性会对内存操作的执行顺序产生重要的影响：

处理器对内存的读/写操作的执行顺序，不一定与内存实际发生的读/写操作顺序一致！

💥看下面这个栗子：

如果先执行了线程A1，再执行线程B2，那么 y=1;
如果先执行了线程B1，再执行线程A2，那么 x=2，
但现在出现了 x=y=0 的情况，很诡异的结果。

出现这种情况事务原因是 发生了指令重排序！！

看图分析：

在程序执行的过程中，处理器A和处理器B同时把共享变量写入自己的写缓冲区（A1，B1），然后从内存中读取另一个共享变量（A2，B2），最后才把自己写缓存区中保存的脏数据刷新到内存中（A3，B3）。

当以这种时序执行时，程序就可以得到 x=y=0 的结果。

 

常见处理器允许的重排序类型：

 单线程内的相邻两行代码进行操作：

• Load —— 读 （例如 x = b）

• Store ——写（例如 b = 2）

• N —— 不允许使用重排序

• Y —— 允许使用重排序

内存屏障类型

每一个屏障都是为了防止每种类型发生指令重排序的问题。

其中最重要的是写后读，StoreLoad Barriers是一个“全能型”的屏障，它同时具有其他3个屏障的效果。

 

happens-before

两个操作之间具有happens-before关系，并不意味着前一个操作必须要在后一个操作之前执行！happens-before仅仅要求前一个操作（执行的结果）对后一个操作可见，且前一个操作按顺序排在第二个操作之前。

volatile变量规则：对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读。（保障了写后读）

数据依赖性

如果两个操作访问同一个变量，且这两个操作中有一个为写操作，此时这两个操作之间就存在数据依赖性。

数据依赖分为下列3种类型

 有数据依赖的情况下，重排序是没有用的！！

as-if-serial语义

在数据相互依赖的情况下，也可以实现指令重排序，只要不改变最后的执行结果就可以。

重排序对多线程的影响：

看这段代码： flag变量是个标记，用来标识变量a是否已被写入。

这里假设有两个线程A和B，A首先执行writer()方法，随后B线程接着执行reader()方法。线程B在执行操作4时，能否看到线程A在操作1对共享变量a的写入呢？ 答案是：不一定能看到

class ReorderExample { 
    int a = 0; 
    boolean flag = false; 
    
    public void writer() { 
        a = 1;               // 1 
        flag = true;         // 2 
    } 
    
    public void reader() { 
        if (f?lag) {         // 3 
            int i = a * a;   // 4 
            …… 
        } 
    } 
} 

对于程序结果，由于操作1和2指令重排序可能导致出现 i = 0的情况。在writer()方法中，可能 flag = true 先执行，此时 a=0；接着执行reader()方法，最后执行结果 i=0。

解决方法：

使用volatile修饰变量a，就可以防止指令重排序。