什麼是重排序

假設我們寫了一個 Java 程式，包含一系列的語句，我們會預設期望這些語句的實際執行順序和寫的程式碼順序一致。

但實際上，編譯器、JVM 或者 CPU 都有可能出於優化等目的，對於實際指令執行的順序進行調整，這就是重排序。

重排序的好處：提高處理速度

圖中左側是 3 行 Java 程式碼，右側是這 3 行程式碼可能被轉化成的指令。可以看出 a = 100 對應的是 Load a、Set to 100、Store a，意味著從主存中讀取 a 的值，然後把值設定為 100，並存儲回去，同理， b = 5 對應的是下面三行 Load b、Set to 5、Store b，最後的 a = a + 10，對應的是 Load a、Set to 110、Store a。如果你仔細觀察，會發現這裡有兩次“Load a”和兩次“Store a”，說明存在一定的重排序的優化空間。

經過重排序之後，情況如下圖所示：

重排序後， a 的兩次操作被放到一起，指令執行情況變為 Load a、Set to 100、Set to 110、 Store a。下面和 b 相關的指令不變，仍對應 Load b、Set to 5、Store b。

可以看出，重排序後 a 的相關指令發生了變化，節省了一次 Load a 和一次 Store a。重排序通過減少執行指令，從而提高整體的執行速度，這就是重排序帶來的優化和好處。

重排序的 3 種情況

下面我們來看一下重排序的 3 種情況。

（1）編譯器優化

編譯器（包括 JVM、JIT 編譯器等）出於優化的目的，例如當前有了資料 a，把對 a 的操作放到一起效率會更高，避免讀取 b 後又返回來重新讀取 a 的時間開銷，此時在編譯的過程中會進行一定程度的重排。不過重排序並不意味著可以任意排序，它需要需要保證重排序後，不改變單執行緒內的語義，否則如果能任意排序的話，程式早就邏輯混亂了。

（2）CPU 重排序

CPU 同樣會有優化行為，這裡的優化和編譯器優化類似，都是通過亂序執行的技術來提高整體的執行效率。所以即使之前編譯器不發生重排，CPU 也可能進行重排，我們在開發中，一定要考慮到重排序帶來的後果。

（3）記憶體的“重排序”

記憶體系統內不存在真正的重排序，但是記憶體會帶來看上去和重排序一樣的效果，所以這裡的“重排序”打了雙引號。由於記憶體有快取的存在，在 JMM 裡表現為主存和本地記憶體，而主存和本地記憶體的內容可能不一致，所以這也會導致程式表現出亂序的行為。

舉個例子，執行緒 1修改了a的值，但是修改後沒有來得及把新結果寫回主存或者執行緒 2 沒來得及讀到最新的值，所以執行緒 2 看不到剛才執行緒 1 對 a 的修改，此時執行緒 2 看到的 a 還是等於初始值。但是執行緒 2 卻可能看到執行緒 1 修改 a 之後的程式碼執行效果，表面上看起來像是發生了重順序。