一、數(shù)據(jù)依賴(lài)性

如果兩個(gè)操作訪問(wèn)同一個(gè)變量，而且這兩個(gè)操作中有一個(gè)操作為寫(xiě)操作，此時(shí)這兩個(gè)操作之間存在數(shù)據(jù)依賴(lài)性。數(shù)據(jù)依賴(lài)性分為三種，如表所示：

上面的這三種情況，只要重排序了兩個(gè)操作的執(zhí)行順序，程序的執(zhí)行結(jié)果就會(huì)被改變。編譯器和處理器針對(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)行的操作重排序時(shí)，會(huì)遵守?cái)?shù)據(jù)依賴(lài)性，編譯器和處理器不會(huì)改變存在數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系的兩個(gè)操作的執(zhí)行順序。（不同處理器和不同線程之間的數(shù)據(jù)依賴(lài)性不被編譯器和處理器考慮）。

二、as-if-serial語(yǔ)義

as-if-serial語(yǔ)義指的是：不管怎么重排序，單線程執(zhí)行程序的執(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(yǔ)義。

為了遵守as-if-serial語(yǔ)義，編譯器和處理器不會(huì)對(duì)存在數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系的操作做重排序，因?yàn)?這種重排序會(huì)改變執(zhí)行結(jié)果。但是，如果操作之間不存在數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系，這些操作就可能被編譯器和處理器重排序。

舉例說(shuō)明，計(jì)算圓面積的代碼示例：

double pi = 3.14;			//	A
double r = 1.0;				//	B
double area = pi * r;		//	C

上面3個(gè)操作的數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系如下所示：

3個(gè)操作之間的依賴(lài)關(guān)系

解釋：A和B之間存在數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系，同時(shí)B和C之間也存在數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系。因此在最終執(zhí)行的指令序列中，C不可能被排到A和B的前面（C排到A和B的前面，程序的結(jié)果將會(huì)被改變）。但A和B之間沒(méi)有數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系，編譯器和處理器可重排序A和B之間的執(zhí)行順序。

重排序后存在如下的執(zhí)行可能：

總結(jié)：as-if-serial語(yǔ)義吧單線程程序保護(hù)起來(lái)了，遵守as-if-serial語(yǔ)義的編譯器、runtime和處理器共同為編寫(xiě)單線程程序的程序員創(chuàng)建了一個(gè)錯(cuò)誤的幻覺(jué)：單線程程序是按程序的順序來(lái)執(zhí)行的。as-if-serial語(yǔ)義使單線程程序員無(wú)需擔(dān)心重排序會(huì)干擾他們，也無(wú)需擔(dān)心內(nèi)存可見(jiàn)性問(wèn)題。

三、程序順序規(guī)則

根據(jù)happens-before的程序規(guī)則，上面計(jì)算圓的面積的示例代碼存在3個(gè)happens-before關(guān)系。

1.A happens-before B

2.B happens-before C

3.A happens-before C

A happens-before C是根據(jù)1和2推導(dǎo)出來(lái)的。

雖然A happens-before B但是實(shí)際執(zhí)行時(shí)B卻可以排在A前面執(zhí)行（在上面的執(zhí)行圖中）。如果A happens-before B，JMM并不要求A一定要在B之前執(zhí)行，JMM僅僅要求前一個(gè)操作（執(zhí)行的結(jié)果）對(duì)后一個(gè)操作可見(jiàn)，且前一個(gè)操作按順序排在第二個(gè)操作之前。這里A的執(zhí)行結(jié)果不需要對(duì)B可見(jiàn)；而且重排序操作A和操作B后的執(zhí)行結(jié)果，與A和操作B按happens-before順序執(zhí)行的結(jié)果一致。在這種情況下，JMM會(huì)認(rèn)為這種重排序并不非法（not illegal），JMM運(yùn)行這種重排序。
在計(jì)算機(jī)中，軟件技術(shù)和硬件技術(shù)有一個(gè)共同目標(biāo)：再不改變程序執(zhí)行結(jié)果的前提下，盡可能提高并行度。編譯器和處理區(qū)遵從這一目標(biāo)，從happens-before的定義我們可以看出，JMM同樣也遵循這一目標(biāo)。

四、重排序?qū)Χ嗑€程的影響

重排序是否會(huì)影響多線程的執(zhí)行結(jié)果呢？

package com.lizba.p1;

/**
 * <p>
 *
 * </p>
 *
 * @Author: Liziba
 * @Date: 2021/6/7 23:01
 */
public class ReorderExample {

    // 定義變量a
    int a = 0;
    // flag變量是個(gè)標(biāo)記，用來(lái)標(biāo)志變量a是否被寫(xiě)入
    boolean flag = false;

    public void writer() {
        a = 1;                           // 1
        flag = true;                     // 2
    }

    public void reader() {
        if (flag) {                      // 3
            int i = a * a;               // 4
            System.out.println("i:" + i);
        }
    }


    /**
     * 測(cè)試
     * 
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {

        final ReorderExample re = new ReorderExample();

        new Thread() {
            public void run() {
                re.writer();
            }
        }.start();

        new Thread() {
            public void run() {
                re.reader();
            }
        }.start();
    }

}

這里假設(shè)兩個(gè)線程A和B，A首先執(zhí)行write()，B再執(zhí)行readr()。線程B在執(zhí)行操作4時(shí)，能否看到線程A在操作1對(duì)共享變量a的寫(xiě)入呢？

答案是：不一定能！
由于操作1和操作2沒(méi)有數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系，編譯器和處理器可以對(duì)這兩個(gè)操作重排序；同樣，操作3和操作4沒(méi)有數(shù)據(jù)依賴(lài)關(guān)系，編譯器和處理器也可以多這兩個(gè)操作重排序。

假設(shè)操作1和操作2重排序：（虛箭線代表錯(cuò)誤的讀操作）

程序執(zhí)行時(shí)序圖

如上圖操作1和操作2發(fā)生了重排序。程序執(zhí)行時(shí)，線程A首先寫(xiě)標(biāo)記變量flag，隨后線程B讀取這個(gè)變量，條件判斷為真，線程B讀取變量a的值。此時(shí)，變量a還沒(méi)有被線程A寫(xiě)入，在這里多線程程序的語(yǔ)義被重排序破壞了。

假設(shè)操作3和操作4重排序：

程序執(zhí)行時(shí)序圖

在上述執(zhí)行方式的程序中，操作3和操作4存在控制依賴(lài)關(guān)系。當(dāng)代碼中存在控制依賴(lài)性時(shí)，會(huì)影響指令并行度。為此編譯器和處理器會(huì)采用猜測(cè)（Speculation）執(zhí)行來(lái)克服控制相關(guān)性對(duì)并行度的影響。以處理器的猜測(cè)執(zhí)行為例，執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)B的處理器可提前讀取并行計(jì)算a*a，然后計(jì)算結(jié)果保存到一個(gè)名為重排序緩沖（Recorder Buffer, ROB）的硬件緩存中。當(dāng)操作3的條件判斷為真時(shí)，就把計(jì)算結(jié)果寫(xiě)入變量i中。
在上圖中可以看出，猜測(cè)執(zhí)行實(shí)質(zhì)上對(duì)操作3和4做了重排序。重排序在這里破壞了多線程程序的語(yǔ)義！
在單線程程序中，對(duì)存在控制依賴(lài)性的操作重排序，不會(huì)改變執(zhí)行結(jié)果（這也是as-if-serial語(yǔ)義允許對(duì)存在控制依賴(lài)的操作做重排序的原因）；但是在多線程中，對(duì)存在控制依賴(lài)的操作重排序，可能會(huì)改變程序的執(zhí)行結(jié)果。

到此這篇關(guān)于Java內(nèi)存模型之重排序的相關(guān)知識(shí)總結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Java重排序內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！