【面试：并发篇28：volatile】有序性

00.前言

如果有任何问题请指出，感谢。

01.介绍

什么是有序性

在不改变程序结果的前提下 指令可以在各个阶段通过重排序和组合来实现指令级并行。
注意：
重排序指令不能影响结果

为什么这样做

cpu处理过程

在cpu处理一个指令是包含一系列工序的，包含了：取指 译码 地址生成 执行 回写，这五步 但是这五步之间是可以交错运行的，也就是一个指令译码的时候另一个指令可以取指。
例子1

	x=a;
	y=b;
1
2

这样的执行效率显然更加的快，且在语句之间没有关系时 执行顺序可以随便，也就是可能先执行y=b 再执行x=a，不影响结果

例子2

	x=a;
	c=x+1;
	y=b;
1
2
3

这段代码是否可以套用上述的图片，是不行的。
理论上应该对应的是下面这幅图

但实际上这段代码被优化后可能是

	x=a;
	y=b;
	c=x+1;
1
2
3

对应的图片

这样做的原因是c=x+1需要x的值确定 也就是一定要等待x的指令全部完成之后才能执行c的指令，但是按照最初的顺序y=b是在最后的 也就是他也需要在x指令执行完才能运行 但是y=b和前两个指令没有任何关系，所以进行了优化 使得在x运行期间 y也可以运行，提高了并发性，使单独一个指令运行的情况减少。
总结：例子二的这种情况就是指令重排序，在单线程情况下没有什么影响，但是在多线程情况下就有可能出问题。

02.多线程情况下的指令排序

public class Disorder {
    private static int x=0,y=0;
    private static int a=0,b=0;
    //无论这两个线程怎么排列组合 如果没有重排序，一定不会存在x=0 且 y=0
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int i=0;
        //不停的死循环
        while (true){
            i++;
            x=0;y=0;
            a=0;b=0;
            Thread one= new Thread(()-> {
                //前后没有依赖关系 a=1和 x=b
                a=1;
                x=b;
            });
            Thread other = new Thread(()-> {
                //如果不存在乱序，b=1一定在y=a前面
                b=1;
                y=a;
            });
            one.start();other.start();
            one.join();other.join();
            String result = "第"+i+"次（"+x+","+y+")";
            if(x==0 && y==0){
                System.err.println(result);
                break;
            }else{
                System.out.println(result);
            }
        }

    }
    public static void shortWait(long interval){
        long start = System.nanoTime();
        long end;
        do{
            end=System.nanoTime();
        }while (start+interval>=end);
    }

}
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结果

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第181799次（0,1)
第181800次（0,1)
第181801次（0,1)
第181802次（0,1)
第181803次（0,1)
第181804次（0,0)

解释
我们分析上述代码，考虑到多线程的情况，理论上x,y最多组合的情况就只有3种(1,0) (1,1) (0,1)，但是我们却发现了第四种情况(0,0) 要出现这种情况一定是x=b在a=1之前，y=a在b=1之前，很显然这种情况就只有指令重排序了

03.禁止指令重排序

很简单就是在x,y前加一个volatile，作用是保证在x,y之前的代码都比它先执行，例如a=1;x=b；保证a=1一定在x=b之前执行，同理y也是这样，同时把之前的变量包括自己的值同步到主存中。同时需要给a,b前加上volatile保证a b的可见性 要不然可能会出现a b已经更新到主存 但读取的还是本地内存
补充：最后这段解释可能大家会理解的不清楚，具体解释涉及到volatile的原理，下一个文章会讲。