重排序
什么是重排序？
计算机在执行程序时，为了提高执行效率，编译器和处理器会对指令进行重排。
为什么重排序可提高性能？
现代CPU使用流水线技术，多个指令可以同时执行。
例如下面的代码
a = b + c;
d = e - f;
先加载 b,c 但在执行 b + c 的时候，需要等待 b,c 加载完成，也就也是增加了停顿，后面的指令在等待 b + c 完成。
为了减少停顿，我们可以先加载 e，f 然后再加载 b + c。这对程序执行没有影响，却提高了效率。
指令重排带了了乱序的问题，但大大提高了CPU的执行效率。
指令重排一般有三种:
- 编译器优化重排
不改单线程程序语义的情况下，重新安排指令的执行顺序。
- CPU指令并行重排
如果指令间不存在数据依赖（后面的语句依赖前面的结果），CPU可以改变机器指令的执行顺序。
- 内存系统重排
因为CPU使用缓存，是的 load 和 store 操作看上去在乱序执行，因为三级缓存的存在，导致内存和缓存的同步存在时间差。
指令重排可以保证串行语义一致，但没有义务保证多线程的语义也一致。
顺序一致性
顺序一致性:
- 一个线程中所有操作必须按照程序的顺序来执行
- 不管程序是否同步，所有线程只能看到一个单一的执行顺序。即每个操作是原子的，并立刻对所有线程可见。
JMM 并没有提供这样保证。
JMM 顺序一致性
同步程序
JMM 中，临界区内的代码可以发生重排序。
JMM 会在进入和退出临界区做特殊处理，使得在临界区内程序获得与顺序一致性模型相同的内存视图。
JMM的具体实现方针是：在不改变（正确同步的）程序执行结果的前提下，尽量为编译期和处理器的优化打开方便之门。
未同步的程序
JMM 提供最小安全性：
线程读到的值
- 要么是默认值
- 要么是之前某个线程写入的值
JMM 不保证 未同步程序 执行结果与该程序顺序一致性执行结果一致。
未同步程序在 JMM 和 顺序一致性 执行差异：
| 顺序一致性 | JMM | |
|---|---|---|
| 单线程 | 按照程序顺序执行 | 不保证按照程序顺序执行，但保证重排序不影响结果。 |
| 操作执行顺序 | 保证所有线程看到一致的顺序 | 不保证所有线程看到一致的执行顺序（JMM 不保证所有操作立即可见） |
| 内存 | 内存读写原子性 | 不保证 64 位的 long 和 double 类型写操作原子性。 |
happens-before
什么是 haapens-before
一方面，程序员需要 JMM 提供一个强的内存模型来编写代码；另一方面，编译器和处理器希望 JMM 的束缚越少越好，这样它们可以做尽可能多的优化，希望有一个弱的内存模型。
JMM 考虑了这两种需求，找到了平衡点，对编译器和处理器来说：只要不改变程序的执行结果（单线程程序和正确同步了的多线程程序），编译器和处理器怎么优化都行。
对于程序员，JMM 提供了 happens-before规则（JSR-133规范），简单易懂，并提供了足够强的内存可见性保证。
JMM 使用 happens-before 的概念来定制两个操作间的执行顺序。这两个操作可以在一个线程以内，也可以是不同的线程之间。因此，JMM可以通过happens-before关系向程序员提供跨线程的内存可见性保证。
happens-before 定义：
- 如果一个操作 happens-before 另一个操作，第一个操作执行结果对第二个操作可见，且第一个操作操作的执行顺序排在第二个操作之前。
- 两个操作存在 happens-before 关系，并不意味着 Java 平台的具体实现按照 happens-before 指定顺序执行。在保证结果一致的前提下，JMM 也运行重排序。
简而言之，如果 A happens-before B, 那么 A 在内存上所做的操作对于 B 都是可见的，不管它们在不在一个线程中。
天然的 happens-before 关系
- 程序顺序：一个线程中每一个操作，happens-before 该线程中任意后续操作
- 监视器锁: 一个锁的解锁，happens-before 随后对改锁的加锁
- volatile：对一个 volatile 域的写，happens-before 于任意后续对这个 volatile 域的读
- 传递性: A happens-before B, B happens-before C, 那么 A happens-before C
- start: 线程 A 执行 threadB.start() , threadB.start() 操作 happens-before 于 B的任意操作
- join: 线程 A 执行 threadB.join(), 线程B的任意操作 happens-before 于线程A从 threadB.join()的返回。