【Java并发编程】volatile（二）：防止指令重排序

我会带着你远行 2022-11-19 04:20 366阅读 0赞

在[上一篇文章][Link 1]我们通过三个示例介绍了 volatile 能够保证多线程环境下的可见性，而 volatile关键字另一个作用就是禁止指令重排优化，从而避免多线程环境下程序出现乱序执行的现象。

下面看一个非常典型的禁止重排优化的例子DCL，如下：

public class Singleton {
        
       private static Object lock = new Object();
       private static Singleton instance = null; 
       private Singleton() {
        } // 私有构造器，防止被外部类实例化
       public static Singleton getInstance() {
        
             if(instance == null) {
         // 第一次检查
                  synchronized(lock) {
        
                      if(instance == null) {
         // 第二次检查（防止拿锁期间对象已被创建）
                            instance = new Singleton();
                      }
                  }
              }
              return instance;
        }
    }

上述代码一个经典的单例的双重检测的代码，这段代码在单线程环境下并没有什么问题， 但如果在多线程环境下就可以出现线程安全问题。原因在于某一个线程执行到第一次检测，读取到的instance不为null时，instance的引用对象可能没有完成初始化。

因为instance = new Singleton();可以分为以下3步完成(伪代码)

memory = allocate();	// 1.分配对象内存空间
    instance(memory);		// 2.初始化对象
    instance = memory;		// 3.设置instance指向刚分配的内存地址，此时instance！=null

由于步骤1和步骤2间可能会重排序，如下：

memory=allocate();		// 1.分配对象内存空间
    instance=memory;		// 3.设置instance指向刚分配的内存地址，此时instance！=null，但是对象还没有初始化完成！
    instance(memory);		// 2.初始化对象

由于步骤2和步骤3不存在数据依赖关系，而且无论重排前还是重排后程序的执行结果在单线程中并没有改变，因此这种重排优化是允许的。

但是指令重排只会保证串行语义的执行的一致性(单线程)，但并不会关心多线程间的语义一致性。所以当一条线程访问instance不为null 时，由于instance实例未必已初始化完成（**半初始化**），也就造成了线程安全问题。

那么该如何解决呢？很简单，我们使用 **volatile** 禁止instance变量被执行指令重排优化即可

private volatile static Singleton instance = null;

完整代码如下：

public class Singleton {
        
       private static Object lock = new Object();
       private volatile static Singleton instance = null; // volatile（防止半初始化）
       private Singleton() {
        } // 私有构造器，防止被外部类实例化
       public static Singleton getInstance() {
        
             if(instance == null) {
         // 第一次检查
                  synchronized(lock) {
        
                      if(instance == null) {
         // 第二次检查（防止拿锁期间对象已被创建）
                            instance = new Singleton();
                      }
                  }
              }
              return instance;
        }
    }

[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_43935927/article/details/108630814