重排序

首先，什么是重排序?計算機在執(zhí)行過程中，為了提高性能，會對編譯器和編譯器做指令重排。

這么做為啥可以提高性能呢?

我們知道計算機在執(zhí)行的時候都是一個個指令去執(zhí)行，不同的指令可能操作的硬件不一樣，在執(zhí)行的過程中可能會產(chǎn)生中斷，打個比方，兩個指令a和b他們操作的東西各不相同，如果加載a的時候停頓了，b就加載不到，但是實際上它們互補影響，我也可以先加載b在加載a，所以指令重排是減少停頓的一種方法,這樣大大提高了效率。

指令重排的方式

指令重排一般分為以下三種：

• 編譯器優(yōu)化重新安排語句的執(zhí)行順序。
• 指令并行重排利用指令級并行技術(shù)將多個指令并行執(zhí)行，如果指令之前沒有數(shù)據(jù)依賴，處理器可以改變對應(yīng)機器指令的執(zhí)行順序。
• 內(nèi)存系統(tǒng)重排由于處理使用緩存和讀寫緩沖區(qū)，所以它們是亂序的。

指令重排可以保證串行語義一致，但是沒有義務(wù)保證多線程間的語義也一致**。所以在多線程下，指令重排序可能會導(dǎo)致一些問題。

順序一致性模型

順序一致性模型是一個「理論參考模型」，內(nèi)存模型在設(shè)計的時候都會以順序一致性內(nèi)存模型作為參考。

數(shù)據(jù)競爭

我們知道在多線程情況下，同時讀寫一個變量會導(dǎo)致結(jié)果的不確定性,這就存在了數(shù)據(jù)競爭，相反的如果線程在同步情況下，就不存在數(shù)據(jù)競爭。

JMM對于同步的多線程情況下，程序執(zhí)行可以保證順序一致性,同步包括了使用volatile、final、synchronized等關(guān)鍵字來實現(xiàn)「多線程下的同步」,這里的前提正確使用它們，如果使用不當(dāng)，就不能保證

什么是順序一致性模型

我們在上節(jié)給大家講了Java的內(nèi)存模型,提到了內(nèi)存可見性的概念,順序一致性模型它的最終目的就是保證內(nèi)存的可見性。

它主要有兩大特性:

• 一個線程中的所有操作必須按照程序的順序（代碼順序）來執(zhí)行。
• 不管線程是否同步，所有線程保持單一的執(zhí)行順序并且可見，且是原子性

JMM中同步的順序一致性

在JMM中，臨界區(qū)（同步方法或同步塊）的代碼可以發(fā)生重排，但對其它線程是無感知的，這樣既提高了執(zhí)行效率又不影響最終結(jié)果

JMM中未同步的順序一致性

• JMM沒有保證未同步程序的執(zhí)行結(jié)果與該程序在順序一致性中執(zhí)行結(jié)果一致。
• JMM不保證單線程內(nèi)的操作會按程序的順序執(zhí)行(因為指令重排)。
• JMM不保證所有線程能看到一致的操作執(zhí)行順序(因為不能保證所以操作立即可見)。
• JMM不保證對64位的long型和double型變量的寫操作具有原子性。

什么是happens-before

JMM提供了「happens-before規(guī)則」（JSR-133規(guī)范）, 開發(fā)者可以遵循這種規(guī)范編寫程序,可以保證程序在JMM中具有強的內(nèi)存可見性。JMM使用happens-before的概念來定制兩個操作之間的執(zhí)行順序。這兩個操作可以在一個線程以內(nèi)，也可以是不同的線程之間。因此，JMM可以通過happens-before關(guān)系向程序員提供跨線程的內(nèi)存可見性保證。

happens-before關(guān)系的定義如下：

1. 如果一個操作happens-before另一個操作，那么第一個操作的執(zhí)行結(jié)果將對第二個操作可見，而且第一個操作的執(zhí)行順序排在第二個操作之前。
2. 「兩個操作之間存在happens-before關(guān)系，并不意味著Java平臺的具體實現(xiàn)必須要按照happens-before關(guān)系指定的順序來執(zhí)行。如果重排序之后的執(zhí)行結(jié)果，與按happens-before關(guān)系來執(zhí)行的結(jié)果一致，那么JMM也允許這樣的重排序。」

總之，「如果操作A happens-before操作B，那么操作A在內(nèi)存上所做的操作對操作B都是可見的，不管它們在不在一個線程。」

在Java中，有以下天然的happens-before關(guān)系：

• 程序順序規(guī)則：一個線程中的每一個操作，happens-before于該線程中的任意后續(xù)操作。
• 監(jiān)視器鎖規(guī)則：對一個鎖的解鎖，happens-before于隨后對這個鎖的加鎖。
• volatile變量規(guī)則：對一個volatile域的寫，happens-before于任意后續(xù)對這個volatile域的讀。
• 傳遞性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C。
• start規(guī)則：ThreadA start happens-before ThreadB start
• join規(guī)則：如果線程A執(zhí)行操作ThreadB.join（）并成功返回，那么線程B中的任意操作happens-before于線程A從ThreadB.join()操作成功返回。

結(jié)束語

本節(jié)內(nèi)容可能不像之前那么好理解，比較抽象，所以本文也有不足的地方，大家自己可以多查查一些資料，綜合理解。下一節(jié)，帶大家深入學(xué)習(xí)一下Java的volatile。