编译器重排序优化
1. 非自动内存管理情况下怎么做单例模式
懒汉式，线程不安全
当被问到要实现一个单例模式时，很多人的第一反应是写出如下的代码，包括教科书上也是这样教我们的。
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance () {
if (instance == null ) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
这段代码简单明了，而且使用了懒加载模式，但是却存在致命的问题。当有多个线程并行调用 getInstance() 的时候，就会创建多个实例。也就是说在多线程下不能正常工作。
懒汉式，线程安全
为了解决上面的问题，最简单的方法是将整个 getInstance() 方法设为同步（synchronized）。
public static synchronized Singleton getInstance () {
if (instance == null ) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
虽然做到了线程安全，并且解决了多实例的问题，但是它并不高效。因为在任何时候只能有一个线程调用 getInstance() 方法。但是同步操作只需要在第一次调用时才被需要，即第一次创建单例实例对象时。这就引出了双重检验锁。
双重检验锁
双重检验锁模式（double checked locking pattern），是一种使用同步块加锁的方法。程序员称其为双重检查锁，因为会有两次检查 instance == null ，一次是在同步块外，一次是在同步块内。为什么在同步块内还要再检验一次？因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。
public static Singleton getSingleton () {
if (instance == null ) { //Single Checked
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null ) { //Double Checked
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance ;
}
这段代码看起来很完美，很可惜，它是有问题。主要在于 instance = new Singleton() 这句，这并非是一个原子操作，事实上在 jvm 中这句话大概做了下面 3 件事情。
给 instance 分配内存
调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
将instance对象指向分配的内存空间（执行完这步 instance 就为非 null 了）
但是在 jvm 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，则在 3 执行完毕、2 未执行之前，被线程二抢占了，这时 instance 已经是非 null 了（但却没有初始化），所以线程二会直接返回 instance，然后使用，然后顺理成章地报错。
我们只需要将 instance 变量声明成 volatile 就可以了。
public class Singleton {
private volatile static Singleton instance; //声明成 volatile
private Singleton (){}
public static Singleton getSingleton () {
if (instance == null ) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null ) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
有些人认为使用 volatile 的原因是可见性，也就是可以保证线程在本地不会存有 instance 的副本，每次都是去主内存中读取。但其实是不对的。使用 volatile 的主要原因是其另一个特性：禁止指令重排序优化。也就是说，在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障（生成的汇编代码上），读操作不会被重排序到内存屏障之前。比如上面的例子，取操作必须在执行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后，不存在执行到 1-3 然后取到值的情况。从“先行发生原则”的角度理解的话，就是对于一个 volatile 变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作（这里的“后面”是时间上的先后顺序）。
但是特别注意在 java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 java 5 以前的 JMM （java 内存模型）是存在缺陷的，即时将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序，主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 java 5 中才得以修复，所以在这之后才可以放心使用 volatile。
相信你不会喜欢这种复杂又隐含问题的方式，当然我们有更好的实现线程安全的单例模式的办法。
饿汉式 static final field
这种方法非常简单，因为单例的实例被声明成 static 和 final 变量了，在第一次加载类到内存中时就会初始化，所以创建实例本身是线程安全的。
public class Singleton {
//类加载时就初始化
private static final Singleton instance = new Singleton();
private Singleton (){}
public static Singleton getInstance (){
return instance;
}
}
这种写法如果完美的话，就没必要在啰嗦那么多双检锁的问题了。缺点是它不是一种懒加载模式（lazy initialization），单例会在加载类后一开始就被初始化，即使客户端没有调用 getInstance()方法。饿汉式的创建方式在一些场景中将无法使用：譬如 Singleton 实例的创建是依赖参数或者配置文件的，在 getInstance() 之前必须调用某个方法设置参数给它，那样这种单例写法就无法使用了。
静态内部类 static nested class
我比较倾向于使用静态内部类的方法，这种方法也是《Effective java》上所推荐的。
public class Singleton {
private static class SingletonHolder {
private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton (){}
public static final Singleton getInstance () {
return SingletonHolder.INSTANCE;
}
}
这种写法仍然使用jvm本身机制保证了线程安全问题；由于 SingletonHolder 是私有的，除了 getInstance() 之外没有办法访问它，因此它是懒汉式的；同时读取实例的时候不会进行同步，没有性能缺陷；也不依赖 jdk 版本。
枚举 Enum
用枚举写单例实在太简单了！这也是它最大的优点。下面这段代码就是声明枚举实例的通常做法。
public enum EasySingleton{
INSTANCE;
}
我们可以通过EasySingleton.INSTANCE来访问实例，这比调用getInstance()方法简单多了。创建枚举默认就是线程安全的，所以不需要担心double checked locking，而且还能防止反序列化导致重新创建新的对象。但是还是很少看到有人这样写，可能是因为不太熟悉吧。
总结
一般来说，单例模式有五种写法：懒汉、饿汉、双重检验锁、静态内部类、枚举。上述所说都是线程安全的实现，文章开头给出的第一种方法不算正确的写法。
2. 有没有讲编译器如何优化代码的书，有关C语言的，推荐一下
代码优化啊，现代编译器采用优化方法都差不多，看编译原理就行了，编译原理也就后面会用一个小章带过。常用的比如：循环展开，寄存器使用优化，常量直接算出来，除法优化，分支判断优化等等很多很多。据说除法优化后和乘法相比慢不了多少，没测过。
其实真正应该看的是计算机组成原理，当你理解了计算机工作机制后，这些优化方法都很容易理解，而且你也会发现，程序的运行效率的提高，一方面要靠处理器，比如流水线，超标量，多级缓冲等技术，另一方面就是编译器的优化。
3. SET I1=100 指令的含义是将100的值赋给()
摘要 重排序后， a 的两次操作被放到一起，指令执行情况变为 Load a、Set to 100、Set to 110、 Store a。下面和 b 相关的指令不变，仍对应 Load b、 Set to 5、Store b。
4. C++编译器（Dev-C）是否会自动内联函数 对于什么样的函数即使标记inline也会拒绝内联
G++编译器是否会自动进行内联函数？
G++编译器是很先进的，编译的时候如果开启优化，G++会代码进行各种优化，如：对合适的函数进行内联（即便是没有添加inline关键字），对某些函数直接对其进行求值，除此之外G++编译器还可以对代码进行重排序 等等。编译器比你更了解硬件，所以只要允许它优化，他会尽量进行优化。你使用的Dev C++集成开发环境使用的c++编译器就是G++。
什么样的函数即使标记inline也无法内联？
比如函数体太大、太复杂的话（比如包含多重循环、包含递归调用），对其进行内联得不偿失，这时编译器就会忽略inline关键字，VC++编译器提供了强制内联函数的关键字，除非你非常了解硬件，不然最好让编译器来处。编译不对那些函数进行内联要看具体的编译器实现了。
inline关键字的有哪些作用？
inline关键字可以提示编译器对某个函数进行内联，并且强制函数使用内部链接。比如说你在头文件定义了某个函数，为了防止多重定义，你可以添加inline关键字来防止多重定义错误。
如果对硬件不是很了解，底层的代码优化还是留给编译器来处理。
看看下面的几个编译器优化函数的例子：
1.编译器直接对函数求值：
解释一下：
第一条和第二天指令分别将b和a的地址加载到寄存器rdx和rcx中
第三条指令将b的值加载到eax寄存器中
第四条指令将34存入b中
第五条指令将eax的值加1（eax保存了之前b的值）
第六条指令将eax的值存入a中
可以看出编译器将函数的两条语句换了位置，这种优化主要是优化代码的执行速度，有的CPU内存读写操作的的开销不一样，所以重新排序一下某些代码能够提高程序执行速度。
5. C语言中Valatile关键字有什么用
volatile提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变，因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候，都会直接从变量地址中读取数据。如果没有volatile关键字，则编译器可能优化读取和存储，可能暂时使用寄存器中的值，如果这个变量由别的程序更新了的话，将出现不一致的现象。下面举例说明。在DSP开发中，经常需要等待某个事件的触发，所以经常会写出这样的程序：
short flag;
void test()
{
do1();
while(flag==0);
do2();
}
这段程序等待内存变量flag的值变为1(怀疑此处是0,有点疑问,)之后才运行do2()。变量flag的值由别的程序更改，这个程序可能是某个硬件中断服务程序。例如：如果某个按钮按下的话，就会对DSP产生中断，在按键中断程序中修改flag为1，这样上面的程序就能够得以继续运行。但是，编译器并不知道flag的值会被别的程序修改，因此在它进行优化的时候，可能会把flag的值先读入某个寄存器，然后等待那个寄存器变为1。如果不幸进行了这样的优化，那么while循环就变成了死循环，因为寄存器的内容不可能被中断服务程序修改。为了让程序每次都读取真正flag变量的值，就需要定义为如下形式：
volatile short flag;
需要注意的是，没有volatile也可能能正常运行，但是可能修改了编译器的优化级别之后就又不能正常运行了。因此经常会出现debug版本正常，但是release版本却不能正常的问题。所以为了安全起见，只要是等待别的程序修改某个变量的话，就加上volatile关键字。
volatile的本意是“易变的”
由于访问寄存器的速度要快过RAM，所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如：
static int i=0;
int main(void)
{
...
while (1)
{
if (i) do_something();
}
}
/* Interrupt service routine. */
void ISR_2(void)
{
i=1;
}
程序的本意是希望ISR_2中断产生时，在main当中调用do_something函数，但是，由于编译器判断在main函数里面没有修改过i，因此可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作，然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”，导致do_something永远也不会被调用。如果变量加上volatile修饰，则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化（肯定执行）。此例中i也应该如此说明。
一般说来，volatile用在如下的几个地方：
1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile；
2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile；
3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明，因为每次对它的读写都可能由不同意义；
另外，以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性（相互关联的几个标志读了一半被打断了重写），在1中可以通过关中断来实现，2中可以禁止任务调度，3中则只能依靠硬件的良好设计了。
二、volatile 的含义
volatile总是与优化有关，编译器有一种技术叫做数据流分析，分析程序中的变量在哪里赋值、在哪里使用、在哪里失效，分析结果可以用于常量合并，常量传播等优化，进一步可以死代码消除。但有时这些优化不是程序所需要的，这时可以用volatile关键字禁止做这些优化，volatile的字面含义是易变的，它有下面的作用：
1 不会在两个操作之间把volatile变量缓存在寄存器中。在多任务、中断、甚至setjmp环境下，变量可能被其他的程序改变，编译器自己无法知道，volatile就是告诉编译器这种情况。
2 不做常量合并、常量传播等优化，所以像下面的代码：
volatile int i = 1;
if (i > 0) ...
if的条件不会当作无条件真。
3 对volatile变量的读写不会被优化掉。如果你对一个变量赋值但后面没用到，编译器常常可以省略那个赋值操作，然而对Memory Mapped IO的处理是不能这样优化的。
前面有人说volatile可以保证对内存操作的原子性，这种说法不大准确，其一，x86需要LOCK前缀才能在SMP下保证原子性，其二，RISC根本不能对内存直接运算，要保证原子性得用别的方法，如atomic_inc。
对于jiffies，它已经声明为volatile变量，我认为直接用jiffies++就可以了，没必要用那种复杂的形式，因为那样也不能保证原子性。
你可能不知道在Pentium及后续CPU中，下面两组指令
inc jiffies
;;
mov jiffies, %eax
inc %eax
mov %eax, jiffies
作用相同，但一条指令反而不如三条指令快。
三、编译器优化 → C关键字volatile → memory破坏描述符zz
“memory”比较特殊，可能是内嵌汇编中最难懂部分。为解释清楚它，先介绍一下编译器的优化知识，再看C关键字volatile。最后去看该描述符。
1、编译器优化介绍
内存访问速度远不及CPU处理速度，为提高机器整体性能，在硬件上引入硬件高速缓存Cache，加速对内存的访问。另外在现代CPU中指令的执行并不一定严格按照顺序执行，没有相关性的指令可以乱序执行，以充分利用CPU的指令流水线，提高执行速度。以上是硬件级别的优化。再看软件一级的优化：一种是在编写代码时由程序员优化，另一种是由编译器进行优化。编译器优化常用的方法有：将内存变量缓存到寄存器；调整指令顺序充分利用CPU指令流水线，常见的是重新排序读写指令。对常规内存进行优化的时候，这些优化是透明的，而且效率很好。由编译器优化或者硬件重新排序引起的问题的解决办法是在从硬件（或者其他处理器）的角度看必须以特定顺序执行的操作之间设置内存屏障（memory barrier），linux 提供了一个宏解决编译器的执行顺序问题。
void Barrier(void)
这个函数通知编译器插入一个内存屏障，但对硬件无效，编译后的代码会把当前CPU寄存器中的所有修改过的数值存入内存，需要这些数据的时候再重新从内存中读出。
2、C语言关键字volatile
C语言关键字volatile（注意它是用来修饰变量而不是上面介绍的__volatile__）表明某个变量的值可能在外部被改变，因此对这些变量的存取不能缓存到寄存器，每次使用时需要重新存取。该关键字在多线程环境下经常使用，因为在编写多线程的程序时，同一个变量可能被多个线程修改，而程序通过该变量同步各个线程，例如：
DWORD __stdcall threadFunc(LPVOID signal)
{
int* intSignal=reinterpret_cast<int*>(signal);
*intSignal=2;
while(*intSignal!=1)
sleep(1000);
return 0;
}
该线程启动时将intSignal 置为2，然后循环等待直到intSignal 为1 时退出。显然intSignal的值必须在外部被改变，否则该线程不会退出。但是实际运行的时候该线程却不会退出，即使在外部将它的值改为1，看一下对应的伪汇编代码就明白了：
mov ax,signal
label:
if(ax!=1)
goto label
对于C编译器来说，它并不知道这个值会被其他线程修改。自然就把它cache在寄存器里面。记住，C 编译器是没有线程概念的！这时候就需要用到volatile。volatile 的本意是指：这个值可能会在当前线程外部被改变。也就是说，我们要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile关键字，这时候，编译器知道该变量的值会在外部改变，因此每次访问该变量时会重新读取，所作的循环变为如下面伪码所示：
label:
mov ax,signal
if(ax!=1)
goto label
3、Memory
有了上面的知识就不难理解Memory修改描述符了，Memory描述符告知GCC：
1）不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令重新排序；也就是在执行内嵌汇编代码之前，它前面的指令都执行完毕
2）不要将变量缓存到寄存器，因为这段代码可能会用到内存变量，而这些内存变量会以不可预知的方式发生改变，因此GCC插入必要的代码先将缓存到寄存器的变量值写回内存，如果后面又访问这些变量，需要重新访问内存。
如果汇编指令修改了内存，但是GCC 本身却察觉不到，因为在输出部分没有描述，此时就需要在修改描述部分增加“memory”，告诉GCC 内存已经被修改，GCC 得知这个信息后，就会在这段指令之前，插入必要的指令将前面因为优化Cache 到寄存器中的变量值先写回内存，如果以后又要使用这些变量再重新读取。
使用“volatile”也可以达到这个目的，但是我们在每个变量前增加该关键字，不如使用“memory”方便。
6. java编译器的代码优化问题
理论上的就不说了，你自己搜也能搜到很多。
举个例子，你从一个方法a调用了另一个方法b。
我们知道，在a和b之中是可以创建相同名称的变量的，比如都有int i = 0;这句话。这种现象的根本原因在于，方法的调用会产生中断，中断产生后，cpu会做现场保护，包括把变量等进行压栈操作，即把方法a的相关资源进行了压栈，而方法b的相关资源放在栈顶，只有栈顶资源可以与cpu交互（就把方法a中的变量i保护起来），当方法b结束后出栈，a就又回到了栈顶，并获取了方法b运行的结果，然后继续运行。
哎，有些啰嗦了。方法的调用、中断、压栈出栈等等这些操作你说一点不消耗资源吧，那是不可能的，多少都会消耗一些，虽然很非常十分微不足道。那么编译器的优化过程，我知道的其作用之一，就是会把这些做一个优化。原本方法a一共10句话，你偏要只写1句，然后第2句写成方法b，第3句写成方法c。。。。。，然后依次嵌套调用。这样的源代码，编译器优化后，就跟你直接写10句是一个结果，即做了一定程度上的优化。
7. 什么是指令重排
什么是指令重排序？
有两个层面：
**在虚拟机层面，**为了尽可能减少内存操作速度远慢于CPU运行速度所带来的CPU空置的影响，虚拟机会按照自己的一些规则(这规则后面再叙述)将程序编写顺序打乱——即写在后面的代码在时间顺序上可能会先执行，而写在前面的代码会后执行——以尽可能充分地利用CPU。拿上面的例子来说：假如不是a=1的操作，而是a=new byte1024*1024，那么它会运行地很慢，此时CPU是等待其执行结束呢，还是先执行下面那句flag=true呢？显然，先执行flag=true可以提前使用CPU，加快整体效率，当然这样的前提是不会产生错误(什么样的错误后面再说)。虽然这里有两种情况：后面的代码先于前面的代码开始执行；前面的代码先开始执行，但当效率较慢的时候，后面的代码开始执行并先于前面的代码执行结束。不管谁先开始，总之后面的代码在一些情况下存在先结束的可能。
**在硬件层面，**CPU会将接收到的一批指令按照其规则重排序，同样是基于CPU速度比缓存速度快的原因，和上一点的目的类似，只是硬件处理的话，每次只能在接收到的有限指令范围内重排序，而虚拟机可以在更大层面、更多指令范围内重排序。硬件的重排序机制参见《从JVM并发看CPU内存指令重排序(Memory Reordering)》
Java提供了两个关键字volatile和synchronized来保证多线程之间操作的有序性,volatile关键字本身通过加入内存屏障来禁止指令的重排序，而synchronized关键字通过一个变量在同一时间只允许有一个线程对其进行加锁的规则来实现。
在单线程程序中，不会发生“指令重排”和“工作内存和主内存同步延迟”现象，只在多线程程序中出现。
1）编译器优化的重排序。编译器在不改变单线程程序语义的前提下，可以重新安排语句的执行顺序。
2）指令级并行的重排序。现代处理器采用了指令级并行技术（Instruction-LevelParallelism，ILP）来将多条指令重叠执行。如果不存在数据依赖性，处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序。
3）内存系统的重排序。由于处理器使用缓存和读/写缓冲区，这使得加载和存储操作看上去可能是在乱序执行
8. 编译器优化怎么定义
常见的优化和变新有：函数内嵌（inlining），无用代码删除（Dead code elimination），标准化循环结构（loop normalization），循环体展开（loop unrolling），循环体合并，分裂（loop fusion，loop fission），数组填充（array padding），等等。 优化和变形的目的是减少代码的长度，提高内存（memory），缓存（cache）的使用率，减少读写磁盘，访问网络数据的频率。更高级的优化甚至可以把序列化的代码（serial code）变成并行运算，多线程的代码（parallelized，multi-threaded code）。
机器代码的生成是优化变型后的中间代码转换成机器指令的过程。现代编译器主要采用生成汇编代码（assembly code）策略，而不直接生成二进制的目标代码（binary object code）。即使在代码生成阶段，高级编译器仍然要做很多分析，优化，变形工作。例如如何分配寄存器（register allocatioin），如何选择合适的机器指令，如何合并几句代码成一句等等。
9. Java 语言中的 volatile 和synchronized有什么区别
被volatile修饰过的对象保证了对线程的可见性，对于非volatile修饰的对象，都是从共享内存加载到缓存，线程都是从缓存中读取的对象，当一个线程对一个非volatile的对象赋值的时候，同样是先写到缓存，然后在同步到共享内存，这样就无法保证每个线程从共享内存读取的数据是最新的。而被volatile修饰过的对象，线程是直接从共享内存中读取的，写入也一样。编译器在编译期间会对指令进行优化的重排序，使用volatile的就不会进行重排序
10. java指令重排序,happens-before的问题
重排序有一条原则，就是单线程运行这段代码不能影响得到的结果（这段代码虽然另起一个线程，但本身是由一个线程“引发”的）所以顺序没变，这也是很多人试的结果——没变。但提到重排序理论上又觉得可能变，所以以上解释算是我个人理解吧。重排序旨在尽可能的利用流水思想，复用寄存器减少读写，但最根本的还是要保障正确性，否则效率高没一点意义。编译器的行为应该还是慎重的（这里的例子应该也是编译时重排序）