重排序

• 1、數(shù)據(jù)依賴性
• 2、as-if-serial語義
• 3、程序順序規(guī)則
• 4、重排序?qū)Χ嗑€程的影響

重排序是指編譯器和處理器為了優(yōu)化程序性能而對指令序列進行重新排序的一種手段。

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1、數(shù)據(jù)依賴性

如果兩個操作同時訪問同一個變量，且存在寫操作，那么這兩個操作就存在數(shù)據(jù)依賴性。
數(shù)據(jù)依賴性分為三種：

1. 寫后讀。
2. 寫后寫。
3. 讀后寫。

上面三種情況如果操作重排序，就有可能會改變執(zhí)行結(jié)果。所以編譯器和處理器在重排序的時候不會對存在數(shù)據(jù)依賴性的操作進行重排序。
注：數(shù)據(jù)依賴性僅針對單個處理器中執(zhí)行的指令序列和單個線程中執(zhí)行的操作。

2、as-if-serial語義

解釋：不管怎么重排序，（單線程）程序的執(zhí)行結(jié)果不能改變。編譯器處理器runtime都必須遵守as-if-serial語義。

3、程序順序規(guī)則

遵守happens-before規(guī)則。
JMM僅僅要求前一個操作（執(zhí)行的結(jié)果）對后一個操作可見，且前一個操作按順序排在第二個操作之前。

4、重排序?qū)Χ嗑€程的影響

重排序會影響多線程的程序執(zhí)行結(jié)果。

class ReorderExample {int a = 0;
	boolean flag = false;
	public void writer() {a = 1; // 1
		flag = true; // 2
	}
	Public void reader() {if (flag) {// 3
			int i = a * a; // 4
			……
		}
	}
}

當有兩個線程A和B順序操作writer()和reader()方法時，執(zhí)行操作4時不一定能看到操作1對共享變量a的寫入。因為操作1和操作2不存在數(shù)據(jù)依賴性，操作3和操作4也不存在數(shù)據(jù)依賴性，可以對他們重排序。
操作3和操作4存在控制依賴性，會影響指令序列的并行度。為此，編譯器和處理器會采用猜測（Speculation）執(zhí)行來克服控制相關(guān)性對并行度的影響。
以處理器的猜測執(zhí)行為例，執(zhí)行線程B的處理器可以提前讀取并計算a*a，然后把計算結(jié)果臨時保存到一個名為重排序緩沖（ReorderBuffer，ROB）的硬件緩存中。當操作3的條件判斷為真時，就把該計算結(jié)果寫入變量i中。

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