谈谈指令重排原创
哈喽，我是子牙。十余年技术生涯，一路披荆斩棘从技术小白到技术总监到JVM专家到创业。技术栈如汇编、C语言、C++、Windows内核、Linux内核。特别喜欢研究虚拟机底层实现，对JVM有深入研究。分享的文章偏硬核，很硬的那种。
手撸过JVM、内存池、垃圾回收算法、synchronized、线程池、NIO…
这个知识点也是很多人说不清道不明的地方，感觉都知道，说又说不出来。为什么会这样呢？因为这几个字，很容易被当成动词去理解，其实正确的理解是当成名词，即指令重排现象。那什么时候会产生指令重排现象呢？两个阶段：1、编译期；2、运行期。
编译期指令重排
解释型语言是在运行期间执行编译+运行动作，所以运行效率较编译型语言低。Java既可以作为解释型语言去用，也可以作为编译型语言。但是主流的做法是当成编译型语言在用。那Java在编译期做了指令重排优化吗？做了哪些优化？能不能让我看看？为了满足大家的好奇，安排。
这里先解释下编译期：像c/c++只有一个编译期，就是调用gcc命令将c/c++代码编译成汇编代码。但是Java中有两个编译期：1、调用javac命令将Java代码编译成Java字节码；2、Unix派系平台上调用gcc命令将openjdk源码编译成汇编代码。网上所有的文章都是在讲第一种，而且都是讲概念，以讹传讹。我这篇文章不仅两种都讲，还都用代码+图片的方式证明给你看。所以想学底层，不找一个靠谱的师傅是学不会学不明白的，因为第一你不知道这个知识点牵扯得有多深，第二两个观点摆在你面前，你不知道哪个对那个错。
这里我先把结论给大家吧：编译期间，Java中所谓的指令重排主要是说编译openjdk时的指令重排，将Java代码编译成Java字节码是没有做指令重排的。即你加不加volatile，生成的字节码文件是一样的。是不是颠覆了你对这块的认知呢！不信？看案例。
可能有人要问了，如果加不加volatile生成的字节码文件都一个样，那在运行的时候JVM是怎么知道的呢？类属性在JVM中存储的时候会有一个属性：Access flags。JVM在运行的时候就是通过该属性来判断操作的类属性有没有加volatile修饰，上图。
1、上神秘代码
public class Test3 {public static /* volatile */ int found = 0;public static void main(String[] args) {new Thread(new Runnable() {public void run() {System.out.println("等基友送笔来...");while (0 == found) {}System.out.println("笔来了，开始写字...");}}, "我线程").start();new Thread(new Runnable() {public void run() {try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}System.out.println("基友找到笔了，送过去...");change();}}, "基友线程").start();}public static void change() {found = 1;}}
稍微解释下这段代码：有两个线程：我线程、基友线程。『我线程』通过死循环阻塞在那里等待『基友线程』找到笔送过来，然后开始写字。『基友线程』等待一会就去找笔，找到了就送过去。
2、编译成Java字节码（没加volatile）
3、编译成Java字节码（加了volatile）
可以发现加不加volatile，生成的字节码是一样的。
4、编译器优化
指令重排是编译器优化中的一种，编译openjdk是启用了O2级编译器优化，如图。
O2级优化做了哪些优化？比如优化无效代码、编译期完成简单运算、处理编译期屏障……那gcc有多少级优化？有兴趣的童鞋可以自行学习，百度搜索关键词：-O2。
优化无效代码，看图（我就不贴C++代码了）
运行期指令重排
不知道大家有没有听过一个词：CPU乱序执行。乱序执行是相对于顺序执行来说的。计算机刚被发明的时候都是顺序执行，后来为了提升CPU运行效率，升级成了乱序执行。那为什么乱序执行就提高了运行效率呢？有兴趣的童鞋可以去研究下，关键词：指令流水线。所以计算机这行，如果你觉得大学学的那些基础知识不重要，你看我的文章就明白有多重要。这行走到最后较量的就是这些东西，就是看谁研究得更深入更底层更明了。
因为现在的CPU都是采用乱序执行，这样在运行程序的过程中就带来了指令重排的现象。这是在运行期，在CPU内部发生的，我就没办法证明给你看了。但就算是乱序执行提高了效率，那也不能改变我程序的意愿，这就引出了一个概念：as-if-serial。
何谓as-if-serial呢？简单的说就是不管你在编译期或者在运行期怎么做指令重排，单线程环境下程序的执行结果不能改变。说白了这是指令重排的底线，是必须遵守的规范。那如何保证呢？这就引出了另外两个难以理解的知识点：happens-before、内存屏障。
happens-before是做什么的呢？简单的说就是告诉写JVM的人，你写JVM的时候要遵循这几条规则，这几条规则是你JVM默认要做到的，而不用程序猿在写代码的时候需要去想去做控制。比如对象的初始化动作一定要先于finalize方法执行前完成。其他几个规则我就不细说了，都很好理解，童鞋们自行去学习下。
有些流程的顺序是可以提前知晓并确定下来，但有些流程的顺序是无法提前知晓的，比如你公司的业务，写JVM的人肯定不知道，所以依然需要程序猿根据业务需要来控制，那从JVM层面来说，我给你提供机制。内存屏障就是这种机制中的一种，其他的还有各种锁。关于内存屏障，我之前已经写了一篇文章深入讲解了这块，有兴趣的同学可以去看看。传送门
你好，我是子牙。十余年技术生涯，一路披荆斩棘从小白到技术总监到大厂中间件到创业。技术栈如汇编、C语言、C++、Windows内核、Linux内核及特别喜欢研究虚拟机底层实现，对JVM有深入研究。分享的文章偏硬核，很硬的那种。不考虑交个朋友吗？关注硬核子牙：
