有序性

　　在Java記憶體模型中，允許編譯器和處理器對指令進行重排序，但是重排序過程不會影響到單執行緒程式的執行，卻會影響到多執行緒併發執行的正確性。

　　在Java裡面，可以通過volatile關鍵字來保證一定的“有序性”（具體原理在下一節講述）。另外可以通過synchronized和Lock來保證有序性，很顯然，synchronized和Lock保證每個時刻是有一個執行緒執行同步程式碼，相當於是讓執行緒順序執行同步程式碼，自然就保證了有序性。

　　另外，Java記憶體模型具備一些先天的“有序性”，即不需要通過任何手段就能夠得到保證的有序性，這個通常也稱為 happens-before 原則。如果兩個操作的執行次序無法從happens-before原則推匯出來，那麼它們就不能保證它們的有序性，虛擬機器可以隨意地對它們進行重排序。

　　下面就來具體介紹下happens-before原則（先行發生原則）：

• 程式次序規則：一個執行緒內，按照程式碼順序，書寫在前面的操作先行發生於書寫在後面的操作
• 鎖定規則：一個unLock操作先行發生於後面對同一個鎖額lock操作
• volatile變數規則：對一個變數的寫操作先行發生於後面對這個變數的讀操作
• 傳遞規則：如果操作A先行發生於操作B，而操作B又先行發生於操作C，則可以得出操作A先行發生於操作C
• 執行緒啟動規則：Thread物件的start()方法先行發生於此執行緒的每個一個動作
• 執行緒中斷規則：對執行緒interrupt()方法的呼叫先行發生於被中斷執行緒的程式碼檢測到中斷事件的發生
• 執行緒終結規則：執行緒中所有的操作都先行發生於執行緒的終止檢測，我們可以通過Thread.join()方法結束、Thread.isAlive()的返回值手段檢測到執行緒已經終止執行
• 物件終結規則：一個物件的初始化完成先行發生於他的finalize()方法的開始

　　這8條原則摘自《深入理解Java虛擬機器》。

　　這8條規則中，前4條規則是比較重要的，後4條規則都是顯而易見的。

　　下面我們來解釋一下前4條規則：

　　對於程式次序規則來說，我的理解就是一段程式程式碼的執行在單個執行緒中看起來是有序的。注意，雖然這條規則中提到“書寫在前面的操作先行發生於書寫在後面的操作”，這個應該是程式看起來執行的順序是按照程式碼順序執行的，因為虛擬機器可能會對程式程式碼進行指令重排序。雖然進行重排序，但是最終執行的結果是與程式順序執行的結果一致的，它只會對不存在資料依賴性的指令進行重排序。因此，在單個執行緒中，程式執行看起來是有序執行的，這一點要注意理解。事實上，這個規則是用來保證程式在單執行緒中執行結果的正確性，但無法保證程式在多執行緒中執行的正確性。

　　第二條規則也比較容易理解，也就是說無論在單執行緒中還是多執行緒中，同一個鎖如果出於被鎖定的狀態，那麼必須先對鎖進行了釋放操作，後面才能繼續進行lock操作。

　　第三條規則是一條比較重要的規則，也是後文將要重點講述的內容。直觀地解釋就是，如果一個執行緒先去寫一個變數，然後一個執行緒去進行讀取，那麼寫入操作肯定會先行發生於讀操作。

　　第四條規則實際上就是體現happens-before原則具備傳遞性。

volatile關鍵字禁止指令重排序有兩層意思：

　　1）當程式執行到volatile變數的讀操作或者寫操作時，在其前面的操作的更改肯定全部已經進行，且結果已經對後面的操作可見；在其後面的操作肯定還沒有進行；

　　2）在進行指令優化時，不能將在對volatile變數訪問的語句放在其後面執行，也不能把volatile變數後面的語句放到其前面執行。

　　可能上面說的比較繞，舉個簡單的例子：

//x、y為非volatile變數
//flag為volatile變數
 
x = 2;        //語句1
y = 0;        //語句2
flag = true;  //語句3
x = 4;         //語句4
y = -1;       //語句5

 　　由於flag變數為volatile變數，那麼在進行指令重排序的過程的時候，不會將語句3放到語句1、語句2前面，也不會講語句3放到語句4、語句5後面。但是要注意語句1和語句2的順序、語句4和語句5的順序是不作任何保證的。

　　並且volatile關鍵字能保證，執行到語句3時，語句1和語句2必定是執行完畢了的，且語句1和語句2的執行結果對語句3、語句4、語句5是可見的。

使用的場景（單例模式的Double-Check）

　　指令重排序是併發程式設計中最容易開發人員產生疑惑的地方，除了上面虛擬碼的例子之外，筆者再舉一個可以實際操作執行的例子分析volatile關鍵字是如何禁止指令重排序優化的。下面程式碼是一段標準的DCL單例程式碼，可以觀察volatile加入和未加入時所生產彙編程式碼的差別。

public class Singleton{
    private volatile static Singleton instance = null;
     
    private Singleton() {
      
  }
     
    public static Singleton getInstance() {
        if(instance==null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(instance==null)
                    instance = new Singleton();
  	      }
        }
        return instance;
    }
}

如果上面程式碼中的instance不使用volatile，這段程式碼可能出現問題，可能出現把未進行初始化的物件賦值給instance，這時instance

已經是非null了，如果在其他現在當中使用這個未被初始化的物件將會出現安全問題。