指令重排序
指令重排序是 JVM 为了优化指令，提高程序运行效率，在不影响 单线程 程序执行结果的前提下，尽可能地提高并行度。
重排序分为两类：
- 编译期重排序
- 运行期重排序
编译期重排序的典型就是通过调整指令顺序，在不改变程序语义的前提下，尽可能减少寄存器的读取、存储次数，充分复用寄存器的存储值。
假设第一条指令计算一个值赋给变量A并存放在寄存器中，第二条指令与A无关但需要占用寄存器(假设它将占用A所在的那个寄存器)，第三条指令使用A的值且与第二条指令无关。那么如果按照顺序一致性模型，A在第一条指令执行过后被放入寄存器，在第二条指令执行时A不再存在，第三条指令执行时A重新被读入寄存器，而这个过程中，A的值没有发生变化。通常编译器都会交换第二和第三条指令的位置，这样第一条指令结束时A存在于寄存器中，接下来可以直接从寄存器中读取A的值，降低了重复读取的开销。
as-if-serial语义
as-if-serial语义是指不管怎么重排序，单线程程序的执行结果不能被改变。编译器，处理器都必须遵守 as-if-serial语义。
在单线程环境下，指令执行的最终效果应当与其在顺序执行下的效果一致，否则这种优化便会失去意义。
为了遵守 as-if-serial语义，编译器和处理器在重排序时，会遵守数据依赖性，编译器和处理器不会改变存在数据依赖关系的两个操作的执行顺序。
数据依赖性
如果两个操作访问同一个变量，且这两个操作中有一个为写操作，此时这两个操作之间就存在数据依赖性。
数据依赖分下列三种类型：
- 写后读 i = 1; j = i;
- 写后写 i = 1; i = 2;
- 读后写 i = j; j = 1;
上面三种情况，只要重排序两个操作的执行顺序，程序的执行结果将会被改变。
这里所说的数据依赖性仅针对单个处理器中执行的指令序列和单个线程中执行的操作，不同处理器之间和不同线程之间的数据依赖性不被编译器和处理器考虑。
double r = 1.1d; // 1
double pi = 3.1415926d; // 2
double area = pi * r * r; // 3
在圆面积计算中，area依赖于r与pi的赋值，r与pi则无依赖关系。
所以在最终执行的指令序列中，第三行代码不能被重排序到前两行代码之前，而第一行与第二行交换执行顺序对结果则没有影响。
程序顺序规则
happens-before
happen-before原则是JMM(Java Memory Model, Java存储模型)中非常重要的原则，它是判断数据是否存在竞争、线程是否安全的主要依据，保证了多线程环境下的可见性。
happens-before的概念源于Leslie Lamport的论文《Time, Clocks andthe Ordering of Events in a Distributed System》。
- 如果一个操作happens-before另一个操作，那么第一个操作的执行结果将对第二个操作可见，而且第一个操作的执行顺序排在第二个操作之前。
- 两个操作之间存在happens-before关系，并不意味着Java平台的具体实现必须要按照happens-before关系指定的顺序来执行。如果重排序之后的执行结果，与按happens-before关系来执行的结果一致，那么这种重排序并不非法。
其中1是JMM的保证。从我们的角度来说，可以这样理解happens-before关系：如果A happens-before B，那么JMM将保证A操作的结果将对B可见，且A的执行顺序排在B之前。2则是JMM对编译器和处理器重排序的约束。
规则：
- 程序顺序规则：一个线程中的每个操作，happens-before于该线程中的任意后续操作
- 监视器锁规则：对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁
- volatile变量规则：对一个volatile域的写，happens-before于任意后续对这个volatile域的读
- 传递性：如果A happens-before B，且B happens-before C，那么A happens-before C
- start规则：如果线程A执行操作ThreadB.start()，那么A线程的ThreadB.start()操作happens-before于线程B中的任意操作
- join规则：如果线程A执行操作ThreadB.join()并成功返回，那么线程B中的任意操作happens-before于线程A从ThreadB.join()操作成功返回
- 程序中断规则：对线程interrupted()方法的调用先行于被中断线程的代码检测到中断时间的发生
- 对象终结规则：一个对象的初始化完成先行发生于他的finalize()方法的开始
所以对于上面的面积计算，存在三个happens-before关系：
- 1 happens-before 2
- 2 happens-before 3
- 1 happens-before 3
尽管有1 happens-before 2， 但是实际执行时可以有2排在1之前。JMM并不要求1一定要在2之前执行。JMM仅仅要求前一个操作对后一个操作可见，且前一个操作按顺序排在第二个操作之前。这里操作1的执行结果不需要对操作2可见，并且重排序后的执行结果与按照happens-before顺序执行的结果一致。所以，JMM允许这种重排序。
引用