相信大多數(shù)同學(xué)在面試當(dāng)中都遇到過手寫單例模式的題目，那么如何寫一個(gè)完美的單例是面試者需要深究的問題，因?yàn)橐粋€(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膯卫Ｊ秸f不定就直接決定了面試結(jié)果，今天我們就要來講講看似線程安全的雙重檢查鎖單例模式中可能會(huì)出現(xiàn)的指令重排問題。
雙重檢查鎖單例模式
乍一看下面單例模式?jīng)]啥問題，還加了同步鎖保證線程安全，從表面上看確實(shí)看不出啥問題，當(dāng)在同一時(shí)間多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行該單例時(shí)就會(huì)出現(xiàn)JVM指令重排的問題，從而可能導(dǎo)致某一個(gè)線程獲取的single對象未初始化對象。
public class Single {
private static Single single;
private Single() {
}
public static Single getInstance() {
if(null == single) {
synchronized (Single.class) {
if(null == single) {
single = new Single();
}
}
}
return single;
}
}
問題前因后果
其實(shí)single = new Single()這段代碼并不具備原子性，從代碼層面上來說確實(shí)沒問題，但是如果了解JVM指令的就知道其實(shí)在執(zhí)行這句代碼的時(shí)候在JVM中是需要執(zhí)行三個(gè)指令來完成的，如下：
//1：分配對象的內(nèi)存空間
memory = allocate();
//2：初始化對象
ctorInstance(memory);
//3：設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址
instance = memory;
看到上面指令重排的解釋之后，那么我們來回顧一下未加volatile修飾符的單例為何會(huì)出現(xiàn)問題。假設(shè)有A、B兩個(gè)線程去調(diào)用該單例方法，當(dāng)A線程執(zhí)行到single = new Single()時(shí)，如果編譯器和處理器對指令重新排序，指令重排后：
//1：分配對象的內(nèi)存空間
memory = allocate();
//3：設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址，此時(shí)對象還沒被初始化
instance = memory;
//2：初始化對象
ctorInstance(memory);
當(dāng)A線程執(zhí)行到第二步(3：設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址，此時(shí)對象還沒被初始化)變量single指向內(nèi)存地址之后就不為null了，此時(shí)B線程進(jìn)入第一個(gè)if，由于single已經(jīng)不為null了，那么就不會(huì)執(zhí)行到同步代碼塊，而是直接返回未初始化對象的變量single，從而導(dǎo)致后續(xù)代碼報(bào)錯(cuò)。
解決方案
問題也搞清楚了，接下來我們就來看下如何解決這個(gè)問題。解決問題的關(guān)鍵就在于volatile關(guān)鍵字，原因就在于它的可見性：
寫volatile修飾的變量時(shí)，JMM會(huì)把本地內(nèi)存中值刷新到主內(nèi)存 讀
volatile修飾的變量時(shí)，JMM會(huì)設(shè)置本地內(nèi)存無效
在多線程環(huán)境下，一個(gè)線程對共享變量的操作對其他線程是不可見的，Java提供了volatile來保證可見性，當(dāng)一個(gè)變量被volatile修飾后，表示著線程本地內(nèi)存無效，當(dāng)一個(gè)線程修改共享變量后他會(huì)立即被更新到主內(nèi)存中，其他線程讀取共享變量時(shí)，會(huì)直接從主內(nèi)存中讀取。
當(dāng)然，synchronize和Lock都可以保證可見性，synchronized和Lock能保證同一時(shí)刻只有一個(gè)線程獲取鎖然后執(zhí)行同步代碼，并且在釋放鎖之前會(huì)將對變量的修改刷新到主存當(dāng)中。
更正后的單例
對比上面單例，下面單例在私有靜態(tài)變量single前面加了修飾符volatile能夠防止JVM指令重排，從而解決了single對象可能出現(xiàn)成員變量未初始化的問題。
public class Single {
private volatile static Single single;
private Single() {
}
public static Single getInstance() {
if(null == single) {
synchronized (Single.class) {
if(null == single) {
single = new Single();
}
}
}
return single;
}
}
原文地址：https://mp.weixin.qq.com/s/ar7S_Ww5WIS8PyFjwVyZgg
