关于java:聊聊多线程中的指令重排序

什么是指令重排序？

Java 内存模型容许编译器和处理器对指令进行重排序来晋升运行性能，当然只会对那些不存在数据依赖的指令间进行重排序，不然的话会失去谬误执行后果。然而，这种保障只对单线程无效，多线程环境下并不能保障这点，这就导致了多线程环境下，重排序后运行的后果并不是咱们所预期的那样，这就是指令重排序。

上面举个栗子具体阐明：

先来看个失常不会出问题的栗子：

public int add() {int x = 1; //(1)
   int y = 2; //(2)
   int z = x + y; //(3)
   return z;
}

下面的代码中,(1)和 (2) 没有依赖关系，它们之间能够重排序，(3)依赖了 (1) 和(2)，所以 (3) 不会被重排序到 (1) 或(2)之前，这个栗子中，(1)(2)即便产生了重排序，也不会影响程序运行后果。

再来看个可能会呈现问题的栗子：

public class InstructionReorderDemo {
    static int num = 0;
    static boolean ready = false;
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {Thread readThread = new Thread(() -> {if (ready) {//(1)
                System.out.println(num + num); //(2)
            }
        });
        Thread writeThread = new Thread(() -> {num = 2; //(3)
               ready = true; //(4)
        });
        readThread.start();
        writeThread.start();
        readThread.join();
        writeThread.join();
        System.out.println("main thread exit.");
    }
}

这个栗子中，因为 (1)(2)(3)(4) 之间都没有数据依赖，可能会有同学有疑难，(1)不是依赖了 (4) 吗，(2)不是依赖了 (3) 吗？别忘了，这 4 条指令放在单线程下能力保障这点，就是说上面的代码才会产生上述依赖：

int num;
boolean ready;
public void calculate {
    num = 2;
    ready = true;
    if (ready) {System.out.println(num + num);
    }
}

这里是多个线程别离访问共享变量 ready 和 num，且它们都没有用 volatile 润饰，两个线程并发运行，编译器 / 处理器可能会对 (3)(4) 进行重排序，因为它们之间没有数据依赖。但这时，如果按如下工夫线运行，就会呈现运行后果是 0，而不是 4。

如何防止指令重排序？

办法很简略，把上述程序中的 ready 变量用 volatile 润饰即可。volatile 关键字不仅保障了内存可见性，还有内存屏障的作用，在 JVM 底层是用 Lock 前缀的指令实现的。它保障了在写 volatile 变量指令时，在它之前的指令不会被重排序到它之后，在这个栗子中就是 num = 2 不会在 ready = true 之后执行；在读 volatile 变量时，在它之后的指令不会被重排序到它之前，在这个栗子中就是 num + num 不会放在 if (ready)之前执行。

参考资料：
《Java 并发编程之美》