java指令重排現(xiàn)象兩個階段的示例分析

這篇文章給大家分享的是有關java指令重排現(xiàn)象兩個階段的示例分析的內(nèi)容。小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧。

編譯期指令重排

解釋型語言是在運行期間執(zhí)行編譯+運行動作，所以運行效率較編譯型語言低。Java既可以作為解釋型語言去用，也可以作為編譯型語言。但是主流的做法是當成編譯型語言在用。那Java在編譯期做了指令重排優(yōu)化嗎？做了哪些優(yōu)化？能不能讓我看看？為了滿足大家的好奇，安排。

這里先解釋下編譯期：像c/c++只有一個編譯期，就是調(diào)用gcc命令將c/c++代碼編譯成匯編代碼。

但是Java中有兩個編譯期：

• 1、調(diào)用javac命令將Java代碼編譯成Java字節(jié)碼；

• 2、Unix派系平臺上調(diào)用gcc命令將openjdk源碼編譯成匯編代碼。

網(wǎng)上所有的文章都是在講第一種，而且都是講概念，以訛傳訛。我這篇文章不僅兩種都講，還都用代碼+圖片的方式證明給你看。所以想學底層，不找一個靠譜的師傅是學不會學不明白的，因為第一你不知道這個知識點牽扯得有多深，第二兩個觀點擺在你面前，你不知道哪個對那個錯。

這里我先把結(jié)論給大家吧：編譯期間，Java中所謂的指令重排主要是說編譯openjdk時的指令重排，將Java代碼編譯成Java字節(jié)碼是沒有做指令重排的。即你加不加volatile，生成的字節(jié)碼文件是一樣的。是不是顛覆了你對這塊的認知呢！不信？看案例。

可能有人要問了，如果加不加volatile生成的字節(jié)碼文件都一個樣，那在運行的時候JVM是怎么知道的呢？類屬性在JVM中存儲的時候會有一個屬性：Access flags。JVM在運行的時候就是通過該屬性來判斷操作的類屬性有沒有加volatile修飾，上圖。

1、上神秘代碼

public class Test3 {
 public static /* volatile */ int found = 0;
 public static void main(String[] args) {
    new Thread(new Runnable() {
       public void run() {
          System.out.println("等基友送筆來...");
          while (0 == found) {
          }
          System.out.println("筆來了，開始寫字...");
       }
    }, "我線程").start();

    new Thread(new Runnable() {
       public void run() {
          try {
             Thread.sleep(2000);
          } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
          }
          System.out.println("基友找到筆了，送過去...");
          change();
       }
    }, "基友線程").start();
 }
 public static void change() {
    found = 1;
 }
}

稍微解釋下這段代碼：有兩個線程：我線程、基友線程。『我線程』通過死循環(huán)阻塞在那里等待『基友線程』找到筆送過來，然后開始寫字?！夯丫€程』等待一會就去找筆，找到了就送過去。

2、編譯成Java字節(jié)碼（沒加volatile）

3、編譯成Java字節(jié)碼（加了volatile）

可以發(fā)現(xiàn)加不加volatile，生成的字節(jié)碼是一樣的。

4、編譯器優(yōu)化

指令重排是編譯器優(yōu)化中的一種，編譯openjdk是啟用了O2級編譯器優(yōu)化，如圖。

O2級優(yōu)化做了哪些優(yōu)化？比如優(yōu)化無效代碼、編譯期完成簡單運算、處理編譯期屏障……那gcc有多少級優(yōu)化？有興趣的童鞋可以自行學習，百度搜索關鍵詞：-O2。

優(yōu)化無效代碼，看圖（我就不貼C++代碼了）

運行期指令重排

不知道大家有沒有聽過一個詞：CPU亂序執(zhí)行。亂序執(zhí)行是相對于順序執(zhí)行來說的。計算機剛被發(fā)明的時候都是順序執(zhí)行，后來為了提升CPU運行效率，升級成了亂序執(zhí)行。

那為什么亂序執(zhí)行就提高了運行效率呢？有興趣的童鞋可以去研究下，關鍵詞：指令流水線。

所以計算機這行，如果你覺得大學學的那些基礎知識不重要，你看我的文章就明白有多重要。這行走到最后較量的就是這些東西，就是看誰研究得更深入更底層更明了。

因為現(xiàn)在的CPU都是采用亂序執(zhí)行，這樣在運行程序的過程中就帶來了指令重排的現(xiàn)象。這是在運行期，在CPU內(nèi)部發(fā)生的，我就沒辦法證明給你看了。但就算是亂序執(zhí)行提高了效率，那也不能改變我程序的意愿，這就引出了一個概念：as-if-serial。

何謂as-if-serial呢？簡單的說就是不管你在編譯期或者在運行期怎么做指令重排，單線程環(huán)境下程序的執(zhí)行結(jié)果不能改變。說白了這是指令重排的底線，是必須遵守的規(guī)范。那如何保證呢？這就引出了另外兩個難以理解的知識點：happens-before、內(nèi)存屏障。

happens-before是做什么的呢？簡單的說就是告訴寫JVM的人，你寫JVM的時候要遵循這幾條規(guī)則，這幾條規(guī)則是你JVM默認要做到的，而不用程序猿在寫代碼的時候需要去想去做控制。比如對象的初始化動作一定要先于finalize方法執(zhí)行前完成。其他幾個規(guī)則我就不細說了，都很好理解，童鞋們自行去學習下。

有些流程的順序是可以提前知曉并確定下來，但有些流程的順序是無法提前知曉的，比如你公司的業(yè)務，寫JVM的人肯定不知道，所以依然需要程序猿根據(jù)業(yè)務需要來控制，那從JVM層面來說，我給你提供機制。內(nèi)存屏障就是這種機制中的一種，其他的還有各種鎖。

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