Java volatile如何实现禁止指令重排
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对指令重排，一般分为以下三种：
源代码 -> 编译器优化的重排 -> 指令并行的重排 -> 内存系统的重排 -> 最终执行指令
单线程环境里面确保最终执行结果和代码顺序的结果一致
处理器在进行重排序时，必须要考虑指令之间的数据依赖性
多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测。
指令重排 - example 1
public void mysort() {
int x = 11;
int y = 12;
x = x + 5;
y = x * x;
}
按照正常单线程环境，执行顺序是 1 2 3 4
但是在多线程环境下，可能出现以下的顺序：
2 1 3 4
1 3 2 4
上述的过程就可以当做是指令的重排，即内部执行顺序，和我们的代码顺序不一样
但是指令重排也是有限制的，即不会出现下面的顺序
4 3 2 1
因为处理器在进行重排时候，必须考虑到指令之间的数据依赖性
因为步骤 4：需要依赖于 y的申明，以及x的申明，故因为存在数据依赖，无法首先执行
例子
int a,b,x,y = 0
| 线程1 | 线程2 |
|---|---|
| x = a; | y = b; |
| b = 1; | a = 2; |
| x = 0; y = 0 |
因为上面的代码，不存在数据的依赖性，因此编译器可能对数据进行重排
| 线程1 | 线程2 |
|---|---|
| b = 1; | a = 2; |
| x = a; | y = b; |
| x = 2; y = 1 |
这样造成的结果，和最开始的就不一致了，这就是导致重排后，结果和最开始的不一样，因此为了防止这种结果出现，volatile就规定禁止指令重排，为了保证数据的一致性
指令重排 - example 2
比如下面这段代码
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);
}
}
}
我们按照正常的顺序，分别调用method01() 和 method02() 那么，最终输出就是 a = 6
但是如果在多线程环境下，因为方法1 和 方法2，他们之间不能存在数据依赖的问题，因此原先的顺序可能是
a = 1;
flag = true;a = a + 5;
system.out.println("revalue:" + a);
但是在经过编译器，指令，或者内存的重排后，可能会出现这样的情况
flag = true;
a = a + 5;
system.out.println("revalue:" + a);a = 1;
也就是先执行 flag = true后，另外一个线程马上调用方法2，满足 flag的判断，最终让a + 5，结果为5，这样同样出现了数据不一致的问题
为什么会出现这个结果：多线程环境中线程交替执行，由于编译器优化重排的存在，两个线程中使用的变量能否保证一致性是无法确定的，结果无法预测。
这样就需要通过volatile来修饰，来保证线程安全性
volatile针对指令重排做了啥
volatile实现禁止指令重排优化，从而避免了多线程环境下程序出现乱序执行的现象
首先了解一个概念，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：
保证特定操作的顺序保证某些变量的内存可见性（利用该特性实现volatile的内存可见性）
由于编译器和处理器都能执行指令重排的优化，如果在指令键插入一条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指令重排序，也就是说，通过插入内存屏障前后的指令执行重排序优化。内存屏障另外一个作用是刷新出各种cpu的缓存数，因此任何cpu上的线程都能读取到这些数据的最新版本
也就是在volatile的写和读的时候，加入屏障，防止出现指令重排线程安全得到保证
工作内存与主内存同步延迟现象导致的可见性问题
- 可以使用synchronized或volatile关键字解决，它们都可以使得一个线程修改后的变量立即对其他线程可见。
- 对于指令重排导致的可见性问题和有序性问题
- 可以利用volatile关键字解决，因为volatile的另一个作用就是禁止重排序优化。
以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持。