重排序

在執行程式時，編輯器和處理器會對指令進行重排序，重排序分為：

1. 編譯器重排序：在不改變程式碼語義的情況下，優化效能而改變了程式碼執行順序；
2. 指令並行的重排序：處理器採用並行技術使多條指令重疊執行，在不存在資料依賴的情況下，改變機器指令的執行順序；
3. 記憶體系統的重排序：使用快取和讀寫緩衝區時，載入和儲存可能是亂序執行。

比如現在有一段程式碼如下：

// 程式碼1
a = 1;
// 程式碼2
b = 1;

編譯器和處理器為了提高並行度，可以將程式碼1和2調整順序，即先執行程式碼1和程式碼2. 但是若有如下情況：

// 程式碼3
a = 1;
// 程式碼4
b = a;

這種情況因為程式碼3和4存在資料依賴和引用關係，存在hanpens-before關係，處理器和編輯器會遵守 as-if-serial原則，不會調整執行順序。

as-if-serial 原則：不可以調整會導致執行結果改變的程式碼順序(單執行緒) hanpens-before：指前一個操作對後一個操作可見，並不是前一個操作必須在後一個操作之前執行

當存在控制依賴時，編譯器和處理器會採用 猜測執行機制來提高並行度，如下程式碼：

a = 1;
flag = true;
if (flag) {// 程式碼5
	a *= 2;// 程式碼 6
}

程式碼5和6不存在資料依賴，可能會重排，處理器和編譯器會先將程式碼6的執行結果放在緩衝區，等執行程式碼5之後，將緩衝區的結果直接賦值給a。 若要限制重排序，可以使用volatile關鍵字修飾變數。

volatile 限制重排序

volatile 會在讀的前後加入loadload 屏障和loadStore屏障，在寫後前後加入storestore和StoreLoad屏障。如下示意圖： 小結：

• 當第一個操作是Volatile讀時，不管第二個操作是什麼，都不能重排序
• 當第一個操作是Volatile寫時，第二個操作是Volatile讀或寫，不能重排序；
• 當第一個操作是普通讀寫，第二個操作是Volatile寫時，不能重排序。

Volatile最常見的應用場景

1. 單例雙重校驗

class Singleton {
	private volatile static Singleton instance = null;
	private
 
 Singleton{}
	public static Singleton getInstance() {
		if(instance == null) { // 保證不能重排序
			synchronized (Singleton.class) {
				instance = new Singleton();
			}
		}
	}
}

2. 標記狀態

volatile boolean shutdownRequested;

public void shutdown() { this.shutdownRequested = true; }

public void doWork() {
	while (!shutdownRequested) { // do shuff }
}

3. java 的執行緒安全類也使用了Volatile，例如： java.util.concurrent.atomic, java.util.concurrent包下的類.

volatile 容易混淆的點：它只是保證了資料的可見性，而非原子性， 而atomicInteger 如何保證原子的呢，是因為在對volatile 值進行修改的時候，會去比對主記憶體中的值，判斷值是否被其他執行緒修改過，在進行修改