JVM之指令重排

1、什么是指令重排?

计算机执行指令的过程中会经过程序编译器编译形成的指令序列，一般而言，这个指令序列是会输出确定的结果；以确保每一次的执行都有确定的结果。但是，一般情况下，CPU和编译器为了提升程序执行的效率，会按照一定的规则允许进行指令优化，在某些情况下，这种优化会带来一些执行的逻辑问题，主要的原因是代码逻辑之间是存在一定的先后顺序，在并发执行情况下，会发生二义性，即按照不同的执行逻辑，会得到不同的结果信息。

2.  数据依赖性

主要指不同的程序指令之间的顺序是不允许进行交换的，即可称这些程序指令之间存在数据依赖性。

进过分析，发现这里每组指令中都有写操作，这个写操作的位置是不允许变化的，否则将带来不一样的执行结果。

编译器将不会对存在数据依赖性的程序指令进行重排，这里的依赖性仅仅指单线程情况下的数据依赖性；多线程并发情况下，此规则将失效。

3、as-if-serial语义

不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），（单线程）程序的执行结果不能被改变。编译器，runtime 和处理器都必须遵守as-if-serial语义。为了遵守as-if-serial语义，编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序，因为这种重排序会改变执行结果。但是，如果操作之间不存在数据依赖关系，这些操作可能被编译器和处理器重排序。

分析：  关键词是单线程情况下，必须遵守；其余的不遵守。

4.  在多线程下的指令重排

多线程情况下，下面代码指令重排是否会产生不同的结果?

上述的代码，在单线程情况下，执行结果是确定的， flag=true将被reader的方法体中看到，并正确的设置结果。 但是在多线程情况下，是否还是只有一个确定的结果呢？

在不同的线程之间共享变量；由于执行顺序、CPU编译器对于程序指令的优化等造成了不确定的执行结果。

5、指令重排的原因

主要还是编译器以及CPU为了优化代码或者执行的效率而执行的优化操作；应用条件是单线程场景下，对于并发多线程场景下，指令重排会产生不确定的执行效果。

6、如何防止指令重排

volatile关键字可以保证变量的可见性，因为对volatile的操作都在Main Memory中，而Main Memory是被线程所共享的，这里的代价就是牺牲了性能。

volatile还有一个作用就是局部阻止重排序的发生，对volatile变量的操作指令都不会被重排序，因为如果重排序，又可能产生可见性问题。

在保证可见性方面，锁（包括显式锁、对象锁）以及对原子变量的读写都可以确保变量的可见性。但是实现方式略有不同，例如同步锁保证得到锁时从内存里重新读入数据刷新缓存，释放锁时将数据写回内存以保数据可见，而volatile变量干脆都是读写内存。

7、可见性

  这里提到的可见性是指前一条程序指令的执行结果，可以被后一条指令读到或者看到，称之为可见性。反之为不可见性。这里主要描述的是在多线程环境下，指令语句之间对于结果信息的读取即时性。