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# 一、重排序

前篇文章已經講了Java記憶體模型和與其三個特性：原子性、可見性、有序性。但事實上，為了提升程式的執行效能，編譯器 和 處理器 常常會對程式指令序列進行 重排序。

重排序分為以下幾種：

- 編譯器最佳化重排序
- 處理器重排序
   - 指令級並行重排序
   - 記憶體系統重排序

# 二、屏障指令
fence

記憶體屏障（Memory Barrier，或稱為記憶體柵欄，Memory Fence）是一種CPU指令，用於控制特定條件下的重排序和記憶體可見性問題。Java編譯器也會根據記憶體屏障的規則在一定程度地禁止重排序。

# 三、as-if-serial 語句

>重排序也不能毫無規則，否則語義就變得不可讀， as-if-serial語句 給重排序戴上緊箍咒，起到約束作用。

**as-if-serial語句**規定重排序要滿足以下兩個規則：

- 在單執行緒環境下不能改變程式執行的結果；
- 存在資料依賴關係程式碼（指令）片段的不允許重排序。

比如下面的程式碼：
```
int a = 1;
// ①
int b = 2;
// ②
int c = a + b;
// 依賴於 ① 和 ②
return c;
```
可能會被最佳化成：
```
int b = 2;
// ②
int a = 1;
// ①
int c = a + b;
// 依賴於 ① 和 ②
return c;
```
上述的重排序既沒有改變單執行緒下程式執行的結果，又沒有對存在依賴關係的指令進行重排序。

# 四、happens-before 規則

產生的背景是為了確保多執行緒操作下具有記憶體可見性。

如果一個操作執行的結果需要對另一個操作可見，那麼這兩個操作之間必須要存在happens-before關係。換句話說，操作1 happens-before 操作2，那麼操作1的結果是對操作2可見的。

這裡提到的兩個操作既可以是在一個執行緒之內，也可以是在不同執行緒之間。

**規則**：

1. 程式順序規則：一個執行緒中的每個操作，happens-before 於該執行緒中的任意後續操作
2. 監視器鎖規則：對一個鎖的解鎖，happens-before 於隨後對這個鎖的加鎖
3. volatile變數規則：對一個volatile域的寫，happens-before 於任意後續對這個volatile域的讀
4. 傳遞性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那麼A happens-before C
5. start規則：如果執行緒A執行操作ThreadB.start()（啟動執行緒B），那麼A執行緒的ThreadB.start()操作happens-before於執行緒B中的任意操作
6. join規則：如果執行緒A執行操作ThreadB.join()併成功返回，那麼執行緒B中的任意操作happens-before於執行緒A從ThreadB.join()操作成功返回。

# 總結：

as-if-serial 語句保證單執行緒環境下不能改變程式執行的結果，happens-before 規則保證多執行緒環境下不能改變程式執行的結果。

深入理解Java多執行緒與併發框（第④篇）——重排序、屏障指令、as-if-serial規則

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