重排序通常是編譯器或運行時環境為了優化程序性能而采取的對指令進行重新排序執行的一種手段。重排序分為兩類：編譯期重排序和運行期重排序，分別對應編譯時和運行時環境
在并發程序中，程序員會特別關注不同進程或線程之間的數據同步，特別是多個線程同時修改同一變量時，必須采取可靠的同步或其它措施保障數據被正確地修改，這里的一條重要原則是：不要假設指令執行的順序，你無法預知不同線程之間的指令會以何種順序執行。
但是在單線程程序中，通常我們容易假設指令是順序執行的，否則可以想象程序會發生什么可怕的變化。理想的模型是：各種指令執行的順序是唯一且有序的，這個順序就是它們被編寫在代碼中的順序，與處理器或其它因素無關，這種模型被稱作順序一致性模型，也是基于馮·諾依曼體系的模型。當然，這種假設本身是合理的，在實踐中也鮮有異常發生，但事實上，沒有哪個現代多處理器架構會采用這種模型，因為它是在是太低效了。而在編譯優化和CPU流水線中，幾乎都涉及到指令重排序。
編譯期重排序
編譯期重排序的典型就是通過調整指令順序，在不改變程序語義的前提下，盡可能減少寄存器的讀取、存儲次數，充分復用寄存器的存儲值。
假設第一條指令計算一個值賦給變量A并存放在寄存器中，第二條指令與A無關但需要占用寄存器（假設它將占用A所在的那個寄存器），第三條指令使用A的值且與第二條指令無關。那么如果按照順序一致性模型，A在第一條指令執行過后被放入寄存器，在第二條指令執行時A不再存在，第三條指令執行時A重新被讀入寄存器，而這個過程中，A的值沒有發生變化。通常編譯器都會交換第二和第三條指令的位置，這樣第一條指令結束時A存在于寄存器中，接下來可以直接從寄存器中讀取A的值，降低了重復讀取的開銷。
重排序對于流水線的意義
現代CPU幾乎都采用流水線機制加快指令的處理速度，一般來說，一條指令需要若干個CPU時鐘周期處理，而通過流水線并行執行，可以在同等的時鐘周期內執行若干條指令，具體做法簡單地說就是把指令分為不同的執行周期，例如讀取、尋址、解析、執行等步驟，并放在不同的元件中處理，同時在執行單元EU中，功能單元被分為不同的元件，例如加法元件、乘法元件、加載元件、存儲元件等，可以進一步實現不同的計算并行執行。
流水線架構決定了指令應該被并行執行，而不是在順序化模型中所認為的那樣。重排序有利于充分使用流水線，進而達到超標量的效果。
確保順序性
盡管指令在執行時并不一定按照我們所編寫的順序執行，但毋庸置疑的是，在單線程環境下，指令執行的最終效果應當與其在順序執行下的效果一致，否則這種優化便會失去意義。
通常無論是在編譯期還是運行期進行的指令重排序，都會滿足上面的原則。
Java存儲模型中的重排序
在Java存儲模型（Java Memory Model, JMM）中，重排序是十分重要的一節，特別是在并發編程中。JMM通過happens-before法則保證順序執行語義，如果想要讓執行操作B的線程觀察到執行操作A的線程的結果，那么A和B就必須滿足happens-before原則，否則，JVM可以對它們進行任意排序以提高程序性能。
volatile關鍵字可以保證變量的可見性，因為對volatile的操作都在Main Memory中，而Main Memory是被所有線程所共享的，這里的代價就是犧牲了性能，無法利用寄存器或Cache，因為它們都不是全局的，無法保證可見性，可能產生臟讀。
volatile還有一個作用就是局部阻止重排序的發生，對volatile變量的操作指令都不會被重排序，因為如果重排序，又可能產生可見性問題。
在保證可見性方面，鎖（包括顯式鎖、對象鎖）以及對原子變量的讀寫都可以確保變量的可見性。但是實現方式略有不同，例如同步鎖保證得到鎖時從內存里重新讀入數據刷新緩存，釋放鎖時將數據寫回內存以保數據可見，而volatile變量干脆都是讀寫內存。