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我們在編寫程序的時候有一個編寫代碼的順序，那么計算機執行的時候就是按照我們編寫代碼的順序來執行的嗎？答案是：不一定。如果兩個代碼之間沒有依賴關系的話，那么編譯器和處理器常常會對我們的編碼指令重排序。重排序是指編譯器和處理器為了優化程序性能而對指令序列進行重新排序的一種手段，我們編寫一個Java代碼從源代碼到最后的執行順序如下：

在這里插入圖片描述

源代碼：也就是我們用開發工具寫的代碼。

編譯器優化重排序：編譯器在不改變單線程程序語義的前提下，可以重新安排語句的執行順序。

指令級并行重排序：現代處理器采用了指令級并行技術來將多條指令重疊執行。如果數據不存在依賴，處理器就可以改變語句對應機器指令的執行順序。

內存系統重排序：當代處理器使用寫緩沖區來臨時保存向內存寫入的數據，這使得加載和存儲操作看上去可能是在亂序執行。我們來看下面這個例子：

假設有處理器A和處理器B兩個處理器，a和b的初始化狀態為0 。在處理器A中執行下面代碼(均為偽代碼)：

a=1;

x=b;

在處理器B中執行下面代碼：

b=2;

y=a;

處理器允許執行后得到的結果是x=y=0。來看一下處理器和內存的交互圖：

在這里插入圖片描述

因為現代處理器都會使用寫緩存，因此現在處理器都會允許對寫-讀的操作進行重排序。

寫緩沖區的作用：因為處理器和內存的處理速度不是一個量級的，因此避免由于處理器停頓下來向內存寫入數據而產生延遲，所以每個處理器都有一個僅僅對自己處理器可見的寫緩沖區。現代處理器會通過批處理的方式刷新寫緩沖區，以及合并寫緩沖區中對同一個內存地址的多次寫，減少對數據總線的調用。

介紹完了重排序之后，我們需要知道在單核處理器中，如果兩個變量存在了數據依賴，編譯器和處理器是不會改變存在數據依賴關系的兩個操作的執行順序的。那么重排序對多線程有什么影響呢？來看看下面的這個例子：

public class ReorderExample {

int a = 0;

boolean flag = false;

public void writer() {

// 操作1

a = 1;

// 操作2

flag = true;

}

public void reader() {

// 操作3

if (flag) {

// 操作4

int i = a * a;

System.out.println(i);

}

}

}

如果A線程先執行“writer()”方法，B線程接著執行“reader()”方法，那么線程B在執行的時候能否看到線程A對共享變量a的寫入呢？

答案是不一定能看到，因為操作1和操作2沒有數據依賴關系，所以編譯器和處理器可以對這兩個操作進行重排序。假定操作1和操作2進行了重排序，那么線程B在執行的時候得到的結果就有可能是i=0。

在操作3和操作4先進行了一個判斷在計算，它們之間存在控制依賴關系。當代碼中存在控制依賴性時，會影響指令序列執行的并行度。線程B處理器可以提前讀取并計算“a*a”，然后把計算結果臨時保存到一個名為重排序緩存(Reorder Buffer，ROB)的硬件緩存中。當操作3的條件判斷為真的時候，就把該計算結果寫入到變量i中。

在這里插入圖片描述

由此可以明白，如果多線程的話，重排序是會影響多線程的執行結果的

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總結

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