首先我們先來了解一下什么是重排序: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。

從Java源代碼到最終實(shí)際執(zhí)行的指令序列，會(huì)分別經(jīng)歷下面3種重排序，如下圖所示

上述的1屬于編譯器重排序，2和3屬于處理器重排序。這些重排序可能會(huì)導(dǎo)致多線程程序出現(xiàn)內(nèi)存可見性問題。在單線程程序中，對(duì)存在控制依賴的操作重排序，不會(huì)改變執(zhí)行結(jié)果(這也是as-if-serial語義允許對(duì)存在控制依賴的操作做重排序的原因)；但在多線程程序中，對(duì)存在控制依賴的操作重排序，可能會(huì)改變程序的執(zhí)行結(jié)果。

1)數(shù)據(jù)依賴性(針對(duì)單個(gè)處理器而已)

關(guān)于重排序，這里要先講一個(gè)概念就是數(shù)據(jù)依賴性問題。如果兩個(gè)操作訪問同一個(gè)變量，且這兩個(gè)操作中有一個(gè)為寫操作，此時(shí)這兩個(gè)操作之間就存在數(shù)據(jù)依賴性。數(shù)據(jù)依賴分為下列3種類型，如下表所示。

上面3種情況，只要重排序兩個(gè)操作的執(zhí)行順序，程序的執(zhí)行結(jié)果就會(huì)被改變。前面提到過，編譯器和處理器可能會(huì)對(duì)操作做重排序。編譯器和處理器在重排序時(shí)，會(huì)遵守?cái)?shù)據(jù)依賴性，編譯器和處理器不會(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。這里所說的數(shù)據(jù)依賴性僅針對(duì)單個(gè)處理器中執(zhí)行的指令序列和單個(gè)線程中執(zhí)行的操作，不同處理器之間和不同線程之間的數(shù)據(jù)依賴性不被編譯器和處理器考慮。

2)as-if-serial語義

as-if-serial語義的意思是：不管怎么重排序，(單線程)程序的執(zhí)行結(jié)果不能被改變。編譯器、runtime和處理器都必須遵守as-if-serial語義。

為了遵守as-if-serial語義，編譯器和處理器不會(huì)對(duì)存在數(shù)據(jù)依賴關(guān)系的操作做重排序。as-if-serial語義把單線程程序保護(hù)了起來，as-if-serial語義使單線程程序員無需擔(dān)心重排序會(huì)干擾他們，也無需擔(dān)心內(nèi)存可見性問題。

3)happens-before

如果一個(gè)操作執(zhí)行的結(jié)果需要對(duì)另一個(gè)操作可見，那么這兩個(gè)操作之間必須要存在happens-before關(guān)系。這里提到的兩個(gè)操作既可以是在一個(gè)線程之內(nèi)，也可以是在不同線程之間。

對(duì)happens-before關(guān)系的具體定義如下。

① 如果一個(gè)操作happens-before另一個(gè)操作，那么第一個(gè)操作的執(zhí)行結(jié)果將對(duì)第二個(gè)操作可見，而且第一個(gè)操作的執(zhí)行順序排在第二個(gè)操作之前。

②兩個(gè)操作之間存在happens-before關(guān)系，并不意味著Java平臺(tái)的具體實(shí)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，那么這種重排序并不非法(也就是說，JMM允許這種重排序)。

上面的①是JMM對(duì)程序員的承諾。從程序員的角度來說，可以這樣理解happens-before關(guān)系：如果A happens-before B，那么Java內(nèi)存模型將向程序員保證——A操作的結(jié)果將對(duì)B可見，且A的執(zhí)行順序排在B之前。注意，這只是Java內(nèi)存模型向程序員做出的保證！上面的②是JMM對(duì)編譯器和處理器重排序的約束原則。正如前面所言，其實(shí)是在遵循一個(gè)基本原則：只要不改變程序的執(zhí)行結(jié)果(指的是單線程程序和正確同步的多線程程序)，編譯器和處理器怎么優(yōu)化都行。因此，happens-before關(guān)系本質(zhì)上和as-if-serial語義是一回事。

·as-if-serial語義保證單線程內(nèi)程序的執(zhí)行結(jié)果不被改變，happens-before關(guān)系保證正確同步的多線程程序的執(zhí)行結(jié)果不被改變。

·as-if-serial語義給編寫單線程程序的程序員創(chuàng)造了一個(gè)幻境：單線程程序是按程序的順序來執(zhí)行的。happens-before關(guān)系給編寫正確同步的多線程程序的程序員創(chuàng)造了一個(gè)幻境：正確同步的多線程程序是按happens-before指定的順序來執(zhí)行的。

·?as-if-serial語義和happens-before這么做的目的，都是為了在不改變程序執(zhí)行結(jié)果的前提下，盡可能地提高程序執(zhí)行的并行度。

happens-before規(guī)則如下：

程序順序規(guī)則：一個(gè)線程中的每個(gè)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(duì)一個(gè)鎖的解鎖，happens-before于隨后對(duì)這個(gè)鎖的加鎖。

volatile變量規(guī)則：對(duì)一個(gè)volatile域的寫，happens-before于任意后續(xù)對(duì)這個(gè)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：如果線程A執(zhí)行操作ThreadB.start()(啟動(dòng)線程B)，那么A線程的ThreadB.start()操作happens-before于線程B中的任意操作。

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。

總結(jié)

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