指令重排序是個比較復雜、覺得有些不可思議的問題，同樣是先以例子開頭(建議大家跑下例子，這是實實在在可以重現的，重排序的概率還是挺高的)，有個感性的認識
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/** * 一個簡單的展示Happen-Before的例子. * 這里有兩個共享變量:a和flag,初始值分別為0和false.在ThreadA中先給 a=1,然后flag=true. * 如果按照有序的話,那么在ThreadB中如果if(flag)成功的話,則應該a=1,而a=a*1之后a仍然為1,下方的if(a==0)應該永遠不會為 * 真,永遠不會打印. * 但實際情況是:在試驗100次的情況下會出現0次或幾次的打印結果,而試驗1000次結果更明顯,有十幾次打印. */public class SimpleHappenBefore { /** 這是一個驗證結果的變量 */ private static int a=0; /** 這是一個標志位 */ private static boolean flag=false; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { //由于多線程情況下未必會試出重排序的結論,所以多試一些次 for(int i=0;i<1000;i++){ ThreadA threadA=new ThreadA(); ThreadB threadB=new ThreadB(); threadA.start(); threadB.start(); //這里等待線程結束后,重置共享變量,以使驗證結果的工作變得簡單些. threadA.join(); threadB.join(); a=0; flag=false; } } static class ThreadA extends Thread{ public void run(){ a=1; flag=true; } } static class ThreadB extends Thread{ public void run(){ if(flag){ a=a*1; } if(a==0){ System.out.println("ha,a==0"); } } }} |
例子比較簡單，也添加了注釋，不再詳細敘述。
什么是指令重排序？有兩個層面：
在虛擬機層面，為了盡可能減少內存操作速度遠慢于CPU運行速度所帶來的CPU空置的影響，虛擬機會按照自己的一些規則(這規則后面再敘述)將程序編寫順序打亂——即寫在后面的代碼在時間順序上可能會先執行，而寫在前面的代碼會后執行——以盡可能充分地利用CPU。拿上面的例子來說：假如不是a=1的操作，而是a=new byte[1024*1024](分配1M空間)`，那么它會運行地很慢，此時CPU是等待其執行結束呢，還是先執行下面那句flag=true呢？顯然，先執行flag=true可以提前使用CPU，加快整體效率，當然這樣的前提是不會產生錯誤(什么樣的錯誤后面再說)。雖然這里有兩種情況：后面的代碼先于前面的代碼開始執行；前面的代碼先開始執行，但當效率較慢的時候，后面的代碼開始執行并先于前面的代碼執行結束。不管誰先開始，總之后面的代碼在一些情況下存在先結束的可能。
在硬件層面，CPU會將接收到的一批指令按照其規則重排序，同樣是基于CPU速度比緩存速度快的原因，和上一點的目的類似，只是硬件處理的話，每次只能在接收到的有限指令范圍內重排序，而虛擬機可以在更大層面、更多指令范圍內重排序。硬件的重排序機制參見《從JVM并發看CPU內存指令重排序(Memory Reordering)》
重排序很不好理解，上面只是簡單地提了下其場景，要想較好地理解這個概念，需要構造一些例子和圖表，在這里介紹兩篇介紹比較詳細、生動的文章《happens-before俗解》和《深入理解Java內存模型（二）——重排序》。其中的“as-if-serial”是應該掌握的，即：不管怎么重排序，單線程程序的執行結果不能被改變。編譯器、運行時和處理器都必須遵守“as-if-serial”語義。拿個簡單例子來說，
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public void execute(){ int a=0; int b=1; int c=a+b;} |
這里a=0,b=1兩句可以隨便排序，不影響程序邏輯結果，但c=a+b這句必須在前兩句的后面執行。
從前面那個例子可以看到，重排序在多線程環境下出現的概率還是挺高的，在關鍵字上有volatile和synchronized可以禁用重排序，除此之外還有一些規則，也正是這些規則，使得我們在平時的編程工作中沒有感受到重排序的壞處。
程序次序規則(Program Order Rule)：在一個線程內，按照代碼順序，書寫在前面的操作先行發生于書寫在后面的操作。準確地說應該是控制流順序而不是代碼順序，因為要考慮分支、循環等結構。
監視器鎖定規則(Monitor Lock Rule)：一個unlock操作先行發生于后面對同一個對象鎖的lock操作。這里強調的是同一個鎖，而“后面”指的是時間上的先后順序，如發生在其他線程中的lock操作。
volatile變量規則(Volatile Variable Rule):對一個volatile變量的寫操作發生于后面對這個變量的讀操作，這里的“后面”也指的是時間上的先后順序。
線程啟動規則(Thread Start Rule)：Thread獨享的start()方法先行于此線程的每一個動作。
線程終止規則(Thread Termination Rule)：線程中的每個操作都先行發生于對此線程的終止檢測，我們可以通過Thread.join()方法結束、Thread.isAlive()的返回值檢測到線程已經終止執行。
線程中斷規則(Thread Interruption Rule)：對線程interrupte()方法的調用優先于被中斷線程的代碼檢測到中斷事件的發生，可以通過Thread.interrupted()方法檢測線程是否已中斷。
對象終結原則(Finalizer Rule)：一個對象的初始化完成(構造函數執行結束)先行發生于它的finalize()方法的開始。
傳遞性(Transitivity)：如果操作A先行發生于操作B，操作B先行發生于操作C，那就可以得出操作A先行發生于操作C的結論。
正是以上這些規則保障了happen-before的順序，如果不符合以上規則，那么在多線程環境下就不能保證執行順序等同于代碼順序，也就是“如果在本線程中觀察，所有的操作都是有序的；如果在一個線程中觀察另外一個線程，則不符合以上規則的都是無序的”，因此，如果我們的多線程程序依賴于代碼書寫順序，那么就要考慮是否符合以上規則，如果不符合就要通過一些機制使其符合，最常用的就是synchronized、Lock以及volatile修飾符。
以上這篇淺談java指令重排序的問題就是小編分享給大家的全部內容了，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持服務器之家。
原文鏈接：http://my.oschina.net/004/blog/222069?fromerr=ER2mp62C
