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我們?cè)诰帉懗绦虻臅r(shí)候有一個(gè)編寫代碼的順序，那么計(jì)算機(jī)執(zhí)行的時(shí)候就是按照我們編寫代碼的順序來執(zhí)行的嗎？答案是：不一定。如果兩個(gè)代碼之間沒有依賴關(guān)系的話，那么編譯器和處理器常常會(huì)對(duì)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(yōu)化程序性能而對(duì)指令序列進(jìn)行重新排序的一種手段，我們編寫一個(gè)Java代碼從源代碼到最后的執(zhí)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(fā)工具寫的代碼。

編譯器優(yōu)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(zhí)行順序。

指令級(jí)并行重排序：現(xiàn)代處理器采用了指令級(jí)并行技術(shù)來將多條指令重疊執(zhí)行。如果數(shù)據(jù)不存在依賴，處理器就可以改變語句對(duì)應(yīng)機(jī)器指令的執(zhí)行順序。

內(nèi)存系統(tǒng)重排序：當(dāng)代處理器使用寫緩沖區(qū)來臨時(shí)保存向內(nèi)存寫入的數(shù)據(jù)，這使得加載和存儲(chǔ)操作看上去可能是在亂序執(zhí)行。我們來看下面這個(gè)例子：

假設(shè)有處理器A和處理器B兩個(gè)處理器，a和b的初始化狀態(tài)為0 。在處理器A中執(zhí)行下面代碼(均為偽代碼)：

a=1;

x=b;

在處理器B中執(zhí)行下面代碼：

b=2;

y=a;

處理器允許執(zhí)行后得到的結(jié)果是x=y=0。來看一下處理器和內(nèi)存的交互圖：

在這里插入圖片描述

因?yàn)楝F(xiàn)代處理器都會(huì)使用寫緩存，因此現(xiàn)在處理器都會(huì)允許對(duì)寫-讀的操作進(jìn)行重排序。

寫緩沖區(qū)的作用：因?yàn)樘幚砥骱蛢?nèi)存的處理速度不是一個(gè)量級(jí)的，因此避免由于處理器停頓下來向內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)而產(chǎn)生延遲，所以每個(gè)處理器都有一個(gè)僅僅對(duì)自己處理器可見的寫緩沖區(qū)。現(xiàn)代處理器會(huì)通過批處理的方式刷新寫緩沖區(qū)，以及合并寫緩沖區(qū)中對(duì)同一個(gè)內(nèi)存地址的多次寫，減少對(duì)數(shù)據(jù)總線的調(diào)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(gè)變量存在了數(shù)據(jù)依賴，編譯器和處理器是不會(huì)改變存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的兩個(gè)操作的執(zhí)行順序的。那么重排序?qū)Χ嗑€程有什么影響呢？來看看下面的這個(gè)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(zhí)行“writer()”方法，B線程接著執(zhí)行“reader()”方法，那么線程B在執(zhí)行的時(shí)候能否看到線程A對(duì)共享變量a的寫入呢？

答案是不一定能看到，因?yàn)椴僮?和操作2沒有數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，所以編譯器和處理器可以對(duì)這兩個(gè)操作進(jìn)行重排序。假定操作1和操作2進(jìn)行了重排序，那么線程B在執(zhí)行的時(shí)候得到的結(jié)果就有可能是i=0。

在操作3和操作4先進(jìn)行了一個(gè)判斷在計(jì)算，它們之間存在控制依賴關(guān)系。當(dāng)代碼中存在控制依賴性時(shí)，會(huì)影響指令序列執(zhí)行的并行度。線程B處理器可以提前讀取并計(jì)算“a*a”，然后把計(jì)算結(jié)果臨時(shí)保存到一個(gè)名為重排序緩存(Reorder Buffer，ROB)的硬件緩存中。當(dāng)操作3的條件判斷為真的時(shí)候，就把該計(jì)算結(jié)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(huì)影響多線程的執(zhí)行結(jié)果的

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總結(jié)

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