指令重排有序性

计算机在执行程序时，为了提高性能，编译器和处理器常常会做指令重排，一般分为以下三种：

单线程环境里面确保程序最终执行结果和代码顺序执行结果一致。
处理器在进行指令重排序时必须考虑指令之间的数据依赖性
多线程环境中线程交替执行，由于编译器指令重排的存在，两个线程使用的变量能否保证一致性是无法确认的，结果无法预测。

指令重排序案例分析

public class BanCommandReSortSeq {  
  int a = 0;  
  boolean flag = false;  
  public void methodOne() {   
    a = 1; 
    // 语句1    
    flag = true;  
    // 语句2    
    // methodOne发生指令重排，程序执行顺序可能如下：    
    // flag = true; 
    // 语句2    
    // a = 1; 
    // 语句1  
 }  
  public void methodTwo() {
    if (flag) { 
      a = a + 5;
      // 语句3  
   }    
    System.out.println("methodTwo ret a = " + a); 
 } 
}

多线程环境中线程交替执行，由于编译器指令重排的存在，两个线程使用的变量能否保证一致性是无法确认的，结果无法预测。
多线程交替调用会出现如下场景：
线程1调用methodOne，如果此时编译器进行指令重排
methodOne代码执行顺序变为：语句2（flag=true） -> 语句1（a=5）
线程2调用methodTwo，由于flag=true，如果此时语句1还没有执行（语句2 -> 语句3 -> 语句1 ），那么执行语句3的时候a的初始值=0
所以最终a的返回结果可能为 a = 0 + 5 = 5，而不是我们认为的a = 1 + 5 = 6;

volition如何防止指令重排序

在每个volatile读操作的后面插入两个屏障:LoadLoad 和loadstore屏障。

loadload屏障：对于这样的语句load1; loadload; load2，在load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证load1要读取的数据被读取完毕。（也就是说，如果出现loadload屏障，那么load1指令一定会在load2之前执行，CPU不会对load1与load2进行重排序）

loadstore屏障：对于这样的语句load1; loadstore; store2，在store2及后续写入操作被刷出前，保证load1要读取的数据被读取完毕。（也就是说，如果出现loadstore屏障，那么load1指令一定会在store2之前执行，CPU不会对load1与store2进行重排序）

volatile实现禁止指令重排优化，从而避免多线程环境下程序出现乱序执行的现象。
先了解下概念，内存屏障（Memory Barrier）又称内存栅栏，是一个CPU指令，它的作用有两个：

• 保证特定操作执行的顺序性；
• 保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile内存可见性）

volatile实现禁止指令重排优化底层原理：

由于编译器和处理器都能执行指令重排优化。如果在指令间插入一条Memory Barrier则会告诉编译器和CPU，不管什么指令都不能和这条Memory Barrier指令重排，也就是说通过插入内存屏障，就能禁止在内存屏障前后的指令执行重排优化。内存屏障另外一个作用就是强制刷出各种CPU的缓存数据，因此任何CPU上的线程都能读取到这些数据的最新版本。

左边：写操作场景：先LoadStore指令，后LoadLoad指令。
右边：读操作场景：先LoadLoad指令，后LoadStore指令。

volatile写:

volatile读: