計算機在執行程式時，為了提高效能，編譯器和處理器常常會對指令重排，一般分為以下三種：

原始碼 -> 編譯器優化的重排 -> 指令並行的重排 -> 記憶體系統的重排 -> 最終執行指令

單執行緒環境裡面確保最終執行結果和程式碼順序的結果一致

處理器在進行重排序時，必須要考慮指令之間的資料依賴性

多執行緒環境中執行緒交替執行，由於編譯器優化重排的存在，兩個執行緒中使用的變數能否保證一致性是無法確定的，結果無法預測。

指令重排 - example 1

public void mySort() {
	int x = 11;
	int y = 12;
	x = x + 5;
	y = x * x;
}
 

按照正常單執行緒環境，執行順序是 1 2 3 4

但是在多執行緒環境下，可能出現以下的順序：

• 2 1 3 4
• 1 3 2 4

上述的過程就可以當做是指令的重排，即內部執行順序，和我們的程式碼順序不一樣

但是指令重排也是有限制的，即不會出現下面的順序

• 4 3 2 1

因為處理器在進行重排時候，必須考慮到指令之間的資料依賴性

因為步驟 4：需要依賴於 y的申明，以及x的申明，故因為存在資料依賴，無法首先執行

例子

int a,b,x,y = 0

因為上面的程式碼，不存在資料的依賴性，因此編譯器可能對資料進行重排

這樣造成的結果，和最開始的就不一致了，這就是導致重排後，結果和最開始的不一樣，因此為了防止這種結果出現，volatile就規定禁止指令重排，為了保證資料的一致性

指令重排 - example 2

比如下面這段程式碼

public class ResortSeqDemo {
    int a= 0;
    boolean flag = false;

    public void method01() {
        a = 1;
        flag = true;
    }

    public void method02() {
        if(flag) {
            a = a + 5;
            System.out.println("reValue:" + a);
        }
    }
}
 

我們按照正常的順序，分別呼叫method01() 和 method02() 那麼，最終輸出就是 a = 6

但是如果在多執行緒環境下，因為方法1 和 方法2，他們之間不能存在資料依賴的問題，因此原先的順序可能是

a = 1;
flag = true;

a = a + 5;
System.out.println("reValue:" + a);
        

但是在經過編譯器，指令，或者記憶體的重排後，可能會出現這樣的情況

flag = true;

a = a + 5;
System.out.println("reValue:" + a);

a = 1;

也就是先執行 flag = true後，另外一個執行緒馬上呼叫方法2，滿足 flag的判斷，最終讓a + 5，結果為5，這樣同樣出現了資料不一致的問題

為什麼會出現這個結果：多執行緒環境中執行緒交替執行，由於編譯器優化重排的存在，兩個執行緒中使用的變數能否保證一致性是無法確定的，結果無法預測。

這樣就需要通過volatile來修飾，來保證執行緒安全性

Volatile針對指令重排做了啥

Volatile實現禁止指令重排優化，從而避免了多執行緒環境下程式出現亂序執行的現象

首先了解一個概念，記憶體屏障（Memory Barrier）又稱記憶體柵欄，是一個CPU指令，它的作用有兩個：

• 保證特定操作的順序
• 保證某些變數的記憶體可見性（利用該特性實現volatile的記憶體可見性）
  由於編譯器和處理器都能執行指令重排的優化，如果在指令鍵插入一條Memory Barrier則會告訴編譯器和CPU,不管什麼指令都不能和這條Memory Barrier指令重排序，也就是說，通過插入記憶體屏障前後的指令執行重排序優化。記憶體屏障另外一個作用是刷新出各種CPU的快取數，因此任何cpu上的執行緒都能讀取到這些資料的最新版本
  
  也就是在Volatile的寫和讀的時候，加入屏障，防止出現指令重排

執行緒安全得到保證

工作記憶體與主記憶體同步延遲現象導致的可見性問題

• 可以使用synchronized或volatile關鍵字解決，它們都可以使得一個執行緒修改後的變數立即對其他執行緒可見。
  對於指令重排導致的可見性問題和有序性問題
• 可以利用volatile關鍵字解決，因為volatile的另一個作用就是禁止重排序優化。