【Java并发编程】volatile（二）：防止指令重排序

在上一篇文章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;
    }
}