JVM学习之路（六）——指令重排序

JVM学习之路（一）——java程序执行流程

JVM学习之路（二）——JVM的内部结构

JVM学习之路（三）——JVM内部结构详细介绍及其相互作用

JVM学习之路（四）——内存模型（java多线程通信）

JVM学习之路（五）——如何保证可见性

六、指令重排序

根据以往学习多线程的经验，往往就会碰到这样一些例子：明明代码是按照想要的逻辑写的，但是一旦程序执行完后，就出现了一些意想不到的情况，那时只知道是多线程运行的时候出现了问题，具体怎么回事也没搞清楚过。在学习JVM的时候才发现导致这种问题的原因——指令重排序。

一、指令重排序案例重现：

有这样一段程序：

int a = 0;
boolean flag = false;

//线程1

public void writer() {

a = 1;

flag = true;

}

//线程2

public void reader() {

if (flag) {

int i= a+1;

...... }

}

线程1依次执行a=1,flag=true；线程2判断到flag==true后，设置i=a+1。根据代码语义，我们可能会推断此时i的值等于2，因为线程2在判断flag==true时，线程1已经执行了a=1；所以i的值等于a+1=1+1=2；但真实情况却不一定如此，引起这个问题的原因是线程1内部的两条语句a=1；flag=true；可能被重新排序执行，如图：

这就是“指令重排序”问题的案例重现。两个赋值语句尽管他们的代码顺序是一前一后的，但真正执行时却不一定按照代码顺序执行。

那我们就有疑问了，这个指令重排序不会让我们的程序乱套吗？我写的程序都不按我的代码流程走，这还要得？Java、CPU、内存之间的那一套严格的指令重排序规则让我们大可放心，这套规则规定了哪些可以重排，哪些不可以重排。这样，我们的程序就不会乱套了。

二、java程序从编译到执行会经历哪些重排序

1、编译器优化重排序：属于java编译器重排序，会按照JMM（Java内存模型）的规范严格进行，编译器重排序一般不会对程序的正确逻辑造成影响；

2、指令级并行重排序：属于CPU重排序，CPU的事情JMM就不好管了，怎么办呢？JMM会要求java编译器在生成指令时加入内存屏障。可以将内存屏障理解为一个密不透风的保护罩，把不能重排序的java指令保护起来，那么处理器在遇到内存屏障保护的指令时就不会对它进行重排序了；

3、内存系统重排序：属于CPU重排序，情况与2相似。

经过这3个步骤的重排序，一开始编写的.java源代码才有了一个最终可执行的指令序列。

三、单线程中，不会被重排序的逻辑：

由于以上3种情况，任意改变任何一个代码的顺序，结果都会大不相同。所以，对于单线程中这样的逻辑代码，是不会被重排序的。