编译器重排序

在一些讲Java并发编程的书中，经常会出现JMM内存模型、volatile关键字、重排序、乱序执行等字眼，导致了有些刚开始学习Java并发编程的小伙伴一脸懵逼：这都是啥啊？

今天我们就来说一下这些书中提到的一个概念，编译器重排序。

这里先说明一点，下提到的编译器指的是将高级语言编译成汇编语言（机器码）的编译器（比如说GCC、clang、甚至JIT），而不是Javac这种编译成中间语言（JVM字节码）的编译器，当然不同的Java编译器生成的JVM字节码的方式可能也各有不同，但这并不在本文的讨论范围之内。

注：本文实验环境基于Windows10中wsl2下的debian版本

1. 什么是编译器重排序

1.1 定义

编译器重排序：编译器会对高级语言（本文里特指C/C++）的代码进行分析，当编译器认为你的代码可以优化的话，编译器会选择对代码进行优化然后生成汇编代码，当然编译器的优化满足特定的条件，这里要说一下大名鼎鼎的as-if规则：

Allows any and all code transformations that do not change the observable behavior of the program.

也就是说在不影响这段代码结果的前提下，编译器可以使用任意一种方式对代码进行编译，这也就给了编译器充分的空间对代码进行优化，从而提高代码的运行效率。

1.2 举个例子

下面是一段简单的C语言代码：

int a, b;
void foo(void)
{
   
   
	a = b + 11;
	b = 0;
}

这段代码逻辑很简单，但是对于编译器来说，问题就没有这么简单了。我们来看一下使用aarch64-linux-gnu-gcc使用-O2参数，让编译器在O2级别优化的情况下编译上述代码（得到RAM汇编），使用objdump工具查看foo()方法反汇编结果：

0000000000000750 <foo>:
 750:   90000080        adrp    x0, 10000 <__FRAME_END__+0xf6b8>
 754:   90000081        adrp    x1, 10000 <__FRAME_END__+0xf6b8>
 758:   f947dc00        ldr     x0, [x0, #4024] // 取b内存地址
 75c:   f947e821        ldr     x1, [x1, #4048] // 取a内存地址
 760:   b9400002        ldr     w2, [x0]        // 寄存器w2 = b(内存地址)
 764:   b900001f        str     wzr, [x0]       // b(内存地址) = 0
 768:   11002c40        add     w0, w2, #0xb    // 寄存器w0 = b + 11 
 76c:   b9000020        str     w0, [x1]        // w0寄存器的值存入a(内存)
 770:   d65f03c0        ret
 774:   d503201f        nop

我们发现，编译得到的汇编代码和我们原本的C语言代码不顺序并不一致，而是相当于如下C语言代码：

	int a, b