CPU的乱序执行

每当上下班的高峰期，总是有少数人不顾社会公德，一窝蜂似的冲上公交车。在文明社会里面，讲究“有序排队，文明礼貌”，理应杜绝故意插队和无序拥挤。但是对CPU而言，指令的乱序执行是正常，不乱序才是有问题呢。这与我们的生活观念不符，令人难以接受，下面请听我把原因一一道来。

现在的CPU一般采用流水线来执行指令。一个指令的执行被分成：取指、译码、访存、执行、写回等若干个阶段。多条指令可以同时存在于流水线中，同时被执行。指令流水线并不是串行的，并不会因为一个耗时很长的指令在执行阶段呆很长时间，而导致后续的指令都卡在执行之前的阶段上。

相反，流水线是并行的，多个指令可以同时处于同一个阶段，只要CPU内部相应的处理部件未被占满即可。比如说CPU有一个加法器和一个除法器，那么一条加法指令和一条除法指令就可能同时处于执行阶段，而两条加法指令在执行阶段就只能串行工作。

相比于串行方式，流水线像这样并行的工作，效率是非常高的。可以体会下面的例子：

public class CPUDemo 
{
    static int mainmemory = 1;
    public static void main(String[] args)
    {
        int sum = mainmemory +1;
        int localmemory = 2;
    }
}

mainmemory变量是从主存中加载的，肯定不如localmemory赋值快，localmemory的赋值操作可是在寄存器中操作的，所以就发生了乱序：

int localmemory = 2;先执行完，然后再执行完int sum = mainmemory +1;

备注：本文从例子入手，仅仅是为了更形象的说明指令的乱序执行问题。至于底层到底是怎么执行的，执行过程中有哪些细节，本文未做考证，敬请注意。