3.Volatile禁止指令重排

计算机在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会对指令重排，一般分为以下三种：

源代码 -> 编译器优化的重排 -> 指令并行的重排 -> 内存系统的重排 -> 最终执行指令

处理器在进行重排序时必须要考虑指令之间的数据依赖性。

• 多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测。

指令重排——example 1

public void mySort() {
    int x = 11;    
    int y = 12;
    x = x + 5;
    y = x * x;
}

按照正常单线程环境，执行顺序是1234。 但是在多线程环境中，可能出现以下的顺序：2134、1324

上述的过程就可以当作指令的重排，即内部执行顺序，和我们的代码顺序不一样

但是指令重排也是有限制的，不会出现下面的顺序：4321

因为步骤4，需要依赖y的声明，以及x的声明，故因为存在数据依赖，无法首先执行

例子

先定义：int a,b,x,y = 0

线程1	线程2
x = a	y = b
b = 1	a = 2

结果x=0，y=0

因为上面的代码，不存在数据的依赖性，因此编译器可能对数据进行重排。

线程1	线程2
b = 1	a = 2
x = a	y = b

结果x=2，y=1

• 这就是导致重排后，结果和最开始的不一样，因此为了防止这种结果出现，volatile就规定禁止指令重排，为了保证数据的一致性。

指令重排 - example 2

public class ResortSeqDemo {
    int a= 0;
    boolean flag = false;

    public void method01() {
        a = 1;
        flag = true;
    }

    public void method02() {
        if(flag) {
            a = a + 5;
            System.out.println("reValue:" + a);
        }
    }
}

如果正常顺序调用，分别调用method01()和method02()，输出结果应该是a = 6

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但是如果在多线程的环境下，因为方法1和方法2不存在数据依赖的问题，因此原先的顺序可能是

a = 1;
flag = true;

a = a + 5;
System.out.println("reValue:" + a);

但是经过编译器，指令或内存的重排后，可能会出现：

flag = true;

a = a + 5;
System.out.println("reValue:" + a);

a = 1;

也就是先执行 flag = true后，另外一个线程马上调用方法2，满足 flag的判断，最终让a + 5，结果为5，这样同样出现了数据不一致的问题。这样就需要通过volatile来修饰，来保证线程安全性。

Volatile针对指令重排做了啥

Volatile实现禁止指令重排优化，从而避免了多线程环境下程序出现乱序执行的现象

首先了解一个概念，内存屏障（Memory Barrier）又称内存栅栏，是一个CPU指令，它的作用有两个：

• 保证特定操作的顺序
• 保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile的内存可见性）

也就是过在Volatile的写 和 读的时候，加入屏障，防止出现指令重排的。