如果兩個操作訪問同一個變量，且這兩個操作中有一個為寫操作，此時這兩個操作之間就存在數據依 賴性。數據依賴分下列三種類型：
上 面三種情況，只要重排序兩個操作的執行順序，程序的執行結果將會被改變。
前面提到過，編譯 器和處理器可能會對操作做重排序。編譯器和處理器在重排序時，會遵守數據依賴性，編譯器和處理器不 會改變存在數據依賴關系的兩個操作的執行順序。
注意，這裡所說的數據依賴性僅針對單個處理 器中執行的指令序列和單個線程中執行的操作，不同處理器之間和不同線程之間的數據依賴性不被編譯器 和處理器考慮。
as-if-serial語義
as-if-serial語義的意思指：不管怎麼重排序（編譯器 和處理器為了提高並行度），（單線程）程序的執行結果不能被改變。編譯器，runtime 和處理器都必須 遵守as-if-serial語義。
為了遵守as-if-serial語義，編譯器和處理器不會對存在數據依賴關系 的操作做重排序，因為這種重排序會改變執行結果。但是，如果操作之間不存在數據依賴關系，這些操作 可能被編譯器和處理器重排序。為了具體說明，請看下面計算圓面積的代碼示例：
double pi = 3.14; //A double r = 1.0; //B double area = pi * r * r; //C
上面三個操作的數據依賴關系如下圖所示：
如上圖所示，A和C之間存在數據依賴關系，同時B和C之間也存在數據依賴關系。因此在最終執 行的指令序列中，C不能被重排序到A和B的前面（C排到A和B的前面，程序的結果將會被改變）。但A和B之 間沒有數據依賴關系，編譯器和處理器可以重排序A和B之間的執行順序。下圖是該程序的兩種執行順序：
as-if-serial語義把單線程程序保護了起來，遵守as-if-serial語義的編譯器， runtime 和處理器共同為編寫單線程程序的程序員創建了一個幻覺：單線程程序是按程序的順序來執行的 。as-if-serial語義使單線程程序員無需擔心重排序會干擾他們，也無需擔心內存可見性問題。
程序順序規則
根據happens- before的程序順序規則，上面計算圓的面積的示例代碼存在三個 happens- before關系：
A happens- before B；
B happens- before C；
A happens- before C；
這裡的第3個happens- before關系，是根據happens- before的傳遞性推導出來的。
這裡A happens- before B，但實際執行時B卻可以排在A之前執行（看上面的重排序後的執行順序）。在第一章 提到過，如果A happens- before B，JMM並不要求A一定要在B之前執行。JMM僅僅要求前一個操作（執行 的結果）對後一個操作可見，且前一個操作按順序排在第二個操作之前。這裡操作A的執行結果不需要對 操作B可見；而且重排序操作A和操作B後的執行結果，與操作A和操作B按happens- before順序執行的結果 一致。在這種情況下，JMM會認為這種重排序並不非法（not illegal），JMM允許這種重排序。
在 計算機中，軟件技術和硬件技術有一個共同的目標：在不改變程序執行結果的前提下，盡可能的開發並行 度。編譯器和處理器遵從這一目標，從happens- before的定義我們可以看出，JMM同樣遵從這一目標。
重排序對多線程的影響
現在讓我們來看看，重排序是否會改變多線程程序的執行結果。請 看下面的示例代碼：
class ReorderExample {
int a = 0;
boolean flag = false;
public void writer() {
a = 1; //1
flag = true; //2
}
Public void reader() {
if (flag) { //3
int i = a * a; //4
……
}
}
}
flag變量是個標記，用來標識變量a是否已被寫入。這裡假設有兩個線程A和B，A首先執行 writer()方法，隨後B線程接著執行reader()方法。線程B在執行操作4時，能否看到線程A在操作1對共享 變量a的寫入？
答案是：不一定能看到。
由於操作1和操作2沒有數據依賴關系，編譯器和 處理器可以對這兩個操作重排序；同樣，操作3和操作4沒有數據依賴關系，編譯器和處理器也可以對這兩 個操作重排序。讓我們先來看看，當操作1和操作2重排序時，可能會產生什麼效果？請看下面的程序執行 時序圖：
如上圖所示，操作1和操作2做了重排序。程序執行時，線程A首先寫標記變量 flag，隨後線程B讀這個變量。由於條件判斷為真，線程B將讀取變量a。此時，變量a還根本沒有被線程A 寫入，在這裡多線程程序的語義被重排序破壞了！
※注：本文統一用紅色的虛箭線表示錯誤的讀 操作，用綠色的虛箭線表示正確的讀操作。
下面再讓我們看看，當操作3和操作4重排序時會產生 什麼效果（借助這個重排序，可以順便說明控制依賴性）。下面是操作3和操作4重排序後，程序的執行時 序圖：
在程序中，操作3和操作4存在控制依賴關系。當代碼中存在控制依賴性時，會影 響指令序列執行的並行度。為此，編譯器和處理器會采用猜測（Speculation）執行來克服控制相關性對 並行度的影響。以處理器的猜測執行為例，執行線程B的處理器可以提前讀取並計算a*a，然後把計算結果 臨時保存到一個名為重排序緩沖（reorder buffer ROB）的硬件緩存中。當接下來操作3的條件判斷為真 時，就把該計算結果寫入變量i中。
從圖中我們可以看出，猜測執行實質上對操作3和4做了重排序 。重排序在這裡破壞了多線程程序的語義！
在單線程程序中，對存在控制依賴的操作重排序，不 會改變執行結果（這也是as-if-serial語義允許對存在控制依賴的操作做重排序的原因）；但在多線程程 序中，對存在控制依賴的操作重排序，可能會改變程序的執行結果。
查看本欄目
