简单谈谈什么是指令重排序？

「爱情、让人受尽委屈。」 2023-10-02 22:32 0阅读 0赞

**前言**  
相信大家都知道final、volatile都有禁止指令重排序的作用，但究竟什么是指令重排序呢？

**一、什么是指令重排序？**  
比如我们写了一个 Java 程序，我们一般都会认为，程序中语句实际的执行顺序和我们所写的代码顺序是一致的。  
但实际上，编译器、JVM 或者 CPU 都有可能为了优化代码执行效率，在不改变原有代码语义的基础之上，对指令的实际执行顺序进行调整，这就是指令重排序。

**二、指令重排序案例**  
![在这里插入图片描述][741289d226954f46959bddfa5b701a5d.png]  
1、上图左侧是 3 行 Java 代码，右侧是这 3 行代码可能被转化后的指令。  
2、可以看出 a = 100 对应的是 Load a、Set to 100、Store a，意味着从主存中读取 a 的值，然后把值设置为 100，并写回主存。同理， b = 5 对应的是下面三行 Load b、Set to 5、Store b，最后的 a = a + 10，对应的是 Load a、Set to 110、Store a。  
3、不难发现这里有两次“Load a”和两次“Store a”，那么可不可以在不改变上面代码原有语义的基础上，对代码实际的执行顺序进行优化，从而提高我们程序的执行效率呢？这显然是可以的，也就是去进行指令重排序。

**指令重排序之后的情况：**  
![在这里插入图片描述][b800fc3fcad34868ac4c6ac677e57e89.png]  
1、重排序之后， 对变量a 的两次操作被放到了一起，指令执行情况变为 Load a、Set to 100、Set to 110、 Store a。  
2、下面对 变量b 相关的指令不变，仍对应 Load b、 Set to 5、Store b。  
3、可以看到在重排序后，对变量 a 的相关指令发生了变化，即节省了一次 Load a 和一次 Store a。  
4、不难发现，指令重排序通过减少执行指令，提高了程序整体的运行效率，这就是重排序带来的优化和好处。

**重排序的 3 种情况**

**（1）编译器优化**  
编译器（包括 JVM、JIT 编译器等）出于优化的目的，例如当前有了数据 a，把对 a 的操作放到一起效率会更高，避免读取 b 后又返回来重新读取 a 的时间开销，此时在编译的过程中会进行一定程度的重排。不过重排序并不意味着可以任意排序，它需要需要保证重排序后，不改变单线程内的语义，否则如果能任意排序的话，程序早就逻辑混乱了。

**（2）CPU 重排序**  
CPU 同样会有优化行为，这里的优化和编译器优化类似，都是通过乱序执行的技术来提高整体的执行效率。  
所以即使之前编译器不发生重排，CPU 也可能进行重排，我们在开发中，一定要考虑到重排序带来的后果。

**（3） 内存的“重排序”**  
内存系统内不存在真正的重排序，但是内存会带来看上去和重排序一样的效果，所以这里的“重排序”打了双引号。  
由于内存有缓存的存在，在 JMM 里表现为主存和本地内存，而主存和本地内存的内容可能不一致，所以这也会导致程序表现出乱序的行为。  
举个例子，线程 1 修改了 a 的值，但是修改后没有来得及把新结果写回主存，或者线程 2 没来得及读到最新的值，那么线程 2就 看不到刚才线程 1 对 a 的修改，此时线程 2 看到的 a 还是初始值。但是线程 2 却可能看到线程 1 修改 a 之后的代码执行效果，表面上看起来像是发生了重排序。

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