Java synchronized 能防止指令重排序吗？为何双重校验单例模式要加上 volatile？

一、synchronized 的有序性

Java 里的操作无序现象是什么？

《深入理解 Java 虚拟机》- P374：

      如果在一个线程观察另一个线程，所有操作都是无序的指的是 “指令重排序” 和 “工作内存与主内存同步延迟” 现象。

指令重排是JVM层面对程序进行的优化措施，如果不深入了解，则在并发编程时可能会发生难以发现的Bug。

截止JDK1.8, Java 里只有 volatile 变量是能实现禁止指令重排的。

synchronized 虽不能禁止指令重排，但能保证有序性

这个有序性是相对语义来看的，线程与线程间，每一个 synchronized 块可以看成是一个原子操作，它保证每个时刻只有一个线程执行同步代码，它可以解决上面引述的工作内存和主内存同步延迟现象引发的无序

synchronized 和 volatile 的有序性与可见性是两个角度来看的：

synchronized 是因为块与块之间看起来是原子操作，块与块之间有序可见

volatile 是在底层通过内存屏障防止指令重排的，变量前后之间的指令与指令之间有序可见

synchronized 和 volatile 有序性不同也是因为其实现原理不同：

synchronized 靠操作系统内核互斥锁实现的，相当于 JMM 中的 lock 和 unlock。退出代码块时一定会刷新变量回主内存

volatile 靠插入内存屏障指令防止其后面的指令跑到它前面去了

总而言之就是， synchronized 块里的非原子操作依旧可能发生指令重排

二、volatile 的有序性

《Java 并发编程实战》 P287 指出，有 synchronized 无 volatile 会引发 DCL问题：

       线程可能看到引用的当前值，但对象的状态值确少失效的，这意味着线程可以看到对象处于无效或错误的状态

这意味着synchronized方法最后创建的对象能被其他线程访问到，但是可能会是无状态的，所以该对象虽存在但并不是一个可用的对象。

为何双重校验单例还要加上 volatile 的原因？

简单来讲，因为 new 这个指令是非原子操作，底层是分成几条指令来执行的，如下图所示。

其中汇编指令【invokespecial】和【astore_1】如果发生重排序，会导致线程会提前拿到这个对象的引用，但是这个对象还未执行初始化操作，线程看到的是对象还没有完全实例化的内容。

而 volatile 是禁止指令重排，保证别的线程读到的时候一定是状态和引用正常的、一个完整的对象，防止这种情况的发生。

后记

值得一提的是 javap -v 编译出来的字节码指令还不是全部指令，它里面的 new 指令还是能更细分的，因为 volatile 的内存屏障指令还要深入到汇编的层次插入的。

关于synchronized我之前在看一本叫做《并发编程的艺术》和《深入理解Java虚拟机》这两本书，里面都是一些很浅显易懂的东西，该书透露着关于JVM和并发编程知道这些就够了的意思，但是在某种程度上，如果遇到类似双重校验为什么要加volatile这样的问题，还是需要一个合理的更底层的解释。