[TOC] Java內存模型規范（JSR-133）是圍繞原子性、可見性和有序性展開的。 ## 原子性、可見性、有序性  如下圖說明了Java線程、工作內存和主存之前的關系。  Java內存模型（JMM）定義了一套自己的主存到工作內存之間的交互協議，即一個變量如何從主存拷貝到工作內存，又如何從工作內存寫入主存，該協議包含8種操作，并且要求JVM具體實現必須保證其中每一種操作都是原子的、不可再分的。 8種操作分別是：  如下圖描述了以上8個操作所在位置：  ## 什么是指令重排，為什么需要？ 要搞懂指令重排，首先要知道一條指令在CPU內是如何執行的，如下圖約5個步驟。  為了加快指令并行速度，CPU硬件支持了流水線技術。  不同的指令步驟執行在不同的硬件局部，從而可以支持同時并發執行。  知道了CPU流水線之后，我們來看一個A=B+C的流水線執行過程例子：  如果按串行排列，則耗時4 * 5 = 20個時鐘周期；使用CPU流水線并行技術后，可以只消耗9個時鐘周期，節省了11個時鐘周期的時間。所以流水線技術的引入，大大提高了CPU并行執行速度。 再看如下圖的例子：  多條語句執行時，通過指令重排（CPU指令級重排序）可以消除一些CPU中斷，從而縮短執行時間，加快執行速度。 ## 重排序  對于Java語言來說，為了提高新能，從源碼到得到指令執行序列可能會經過編譯器重排序和CPU重排序；CPU重排序又分為指令級重排和內存系統重排。 ### 編譯器重排序 編譯器重排序指的是在代碼編譯階段進行指令重排，不改變程序執行結果的情況下，為了提升效率，編譯器對指令進行亂序（Out-of-Order）的編譯。 ### CPU重排序 流水線（Pipeline）和亂序執行（Out-of-Order Execution）是現代CPU基本都具有的特性。 所謂“亂序”，僅僅是被稱為“亂序”，實際上也遵循著一定規則：只要兩個指令之間不存在“數據依賴”，就可以對這兩個指令亂序。 CPU重排序包括兩類：指令級重排序和內存系統重排序。 * 指令級重排序 在不影響程序執行結果的情況下，CPU內核采用ILP（Instruction-Level Parallelism，指令級并行運算）技術來將多條指令重疊執行，主要是為了提升效率。如果指令之間不存在數據依賴性，CPU就可以改變語句的對應機器指令的執行順序，叫作指令級重排序。 * 內存系統重排序 對于現代的CPU來說，在CPU內核和主存之間都具備一個高速緩存，高速緩存的作用主要是減少CPU內核和主存的交互（CPU內核的處理速度要快得多），在CPU內核進行讀操作時，如果緩存沒有的話就從主存取，而對于寫操作都是先寫在緩存中，最后再一次性寫入主存。 由于處理器使用緩存和讀/寫緩沖區，這使得加載和存儲操作看上去可能是在亂序執行。 ## 哪些指令不能重排：Happen-Before原則（先行發生）  ## 參考文檔 * 書籍：葛一鳴 *《Java高并發程序設計第二版》 * 書籍：周志明 *《深入理解Java虛擬機》