java双检锁构造单例类的问题（jdk1.5之后）

先上完整代码。

public class Singleton {

    /**
     * 使用new关键字来创建一个对象并非一个原子操作，它将分成三步（以此处创建Singleton实例为例）：
     * 1. 为对象分配内存空间
     * 2. 初始化对象的成员变量
     * 3. 将对象引用指向对象的内存地址（这一步完成之后，引用就不是null了）
     */

    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() { }

    public static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){ // 1
            synchronized (Singleton.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Singleton(); // 2
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

作者之前在 java双检锁构造单例类的问题（jdk1.5之前） 一文中阐述了双检锁构造单例会出现的在对象初始化之前提前暴露对象地址导致使用抛NPE的问题。当时对这个问题理解不透彻。今天再来总结一下这个问题。

上一个版本代码的根本问题是：多线程下，指令重排序引发的不同线程之间的有序性问题。周志明老师在他那本讲jvm的书中有这么一句话“java的有序性可以总结成一句话：同一个线程中程序是有序的，当一个线程在观测另一个线程时，程序是无序的。”这个双检锁的例子，可以完美解释老师的这句话。假设有两个线程A和B，当A执行到2处时，指令可能发生重排序，在未初始化对象成员变量的时候提前暴露了对象的地址，使得instance不为空；如果此时线程B再获取单例，执行到1处，发现instance已经不为null了，就会返回引用，此时线程A的初始化工作还未完成，如果在线程B中使用这个变量时，就会发生问题。本文的代码中使用volatile关键字对变量进行修饰，避免了上面说的指令重排序的情况，上述问题的场景也就不复存在了。有个前提，是jdk的版本需要在1.5以上，因为1.5对volatile的语义进行了增强。

借此问题，正好对volatile的相关问题进行一下总结。什么是volatile的语义？volatile是如何保证这些语义的？volatile能干什么？又不能干什么？带着这些问题，对volatile的内容一探究竟。

volatile的语义

volatile 有两层语义：

1. 保证变量的可见性。这点是指，如果一个变量被volatile关键字修饰，那么任何线程在任何时刻访问到的变量值都是最新的。
2. 禁止指令重排序。

volatile 如何保证其语义的

首先看一下volatile关键字禁止指令重排序的情况。

图片.png

为了实现volatile的内存语义，jmm会分别对编译器和处理器的指令重排序进行限制。
编译器层面：会在特定的位置通过在指令序列中插入内存屏障来限制处理的重排序行为。

• 在每个volatile写操作之前插入一个StoreStore内存屏障。
• 在每个volatile写操作之后插入一个StoreLoad内存屏障。
• 在每个volatile读操作之后插入一个LoadLoad内存屏障。
• 在每个volatile读操作之后插入一个LoadStore内存屏障。

图片.png

上图中的StoreStore内存屏障可以保证在volatile写之前的所有普通读写操作已经对任意处理器可见。因为StoreStore屏障将保障上面所有的普通写在volatile写之前刷新进主内存。

图片.png

votatile 能干什么？不能干什么？

volatile 关键字是用来保证变量的可见性以及禁止指令重排序的，不能被用来进行类似锁的操作。因为volatile进保证原子性，并不能提供原子性的保证。