单例模式、指令重排序、锁、有序性

今天在回顾单例模式时，我们都知道懒汉式单例中有一种叫做双重检查锁的单例模式。

我们来看下下面的代码有没有问题：

这段代码我们可以看到，即优化了性能，在多线程情况下，如果实例不为空了，则直接返回了。这样就不用等待排队获取锁了。
同时也保证了线程的安全性，即全程只会出现一个实例。

但是真的没有问题了吗？我们来分析一下：
在执行到 lazyDoubleCheckSingleton = new LazyDoubleCheckSingleton();这条语句时，这里是会发生一个指令重排序的问题的。什么是指令重排序呢？
正常的我们创建一个对象，对于底层来说是：　a. 内存分配 b. 初始化 c. 返回对象引用

但是由于指令重排序：我们的指令执行过程可能会成为 a. 内存分配 b. 返回对象引用 c. 初始化

如果是我们指令重排序的这种结果。那我们上面的代码就会产生问题了。
即：假设第一个线程执行到了 lazyDoubleCheckSingleton = new LazyDoubleCheckSingleton(); 这条语句，但是只是执行了指令中的 a 、 b 即初始化还没有完成，但此时 lazyDoubleCheckSingleton这个引用已经不为空了，此时第二个线程过来，在外层判断发现lazyDoubleCheckSingleton不等于空，就直接返回了，但此时返回的对象很明显是个半成品，还没有初始化。因此就会导致产生不可预估的错误。

具体为什么会产生指令重排序，或者指令重排序的详细概念请看https://blog.csdn.net/weixin_37841366/article/details/113086438

以上是问题的背景。

但是我的疑问是为什么会产生指令重排序呢？我印象中学习过的JUC不是说加锁：即Synchronized是可以保证 有序性、可见性、原子性的吗？这个赋值创建的语句这不是在Synchronized代码块里面呢吗？怎么会有指令重排序的问题呢？

下面我们就来分析一下为什么会产生这样的问题吧~

首先我们需要先好好理解一下加锁保证的有序性和volatile关键字防止指令重排序保证的有序性的区别。

首先我们需要明确一点：那就是加锁是无法防止指令重排序的。那为什么说他能够保证有序性呢？

我们需要了解一个语义：

编译器和处理器必须遵守as-if-serial语义，即不管怎么重排序（编译器和处理器为了提高并行度），单线程程序的执行结果不能被改变。

因为Synchronized块中的代码相当于是单线程执行的，而因为这个语义的存在，单线程执行的执行结果是保证不能被改变的，因此Synchronized代码块包裹的代码是有序的代码。这里的有序指的是宏观的有序。

但我们的双检查单例为什么靠Synchronized锁做不到保证有序呢？
因为我们在代码块外面的那个if判断是不受Synchronized控制的。Synchronized的内部是有序了。但是外部依旧无序。

因此上面的代码我们需要添加volatile关键字防止指令重排序。让其保证微观上的强有序性。