volatile原理（学习笔记）

Posted 2022-12-16 唐 昊

volatile原理

volatile 的底层实现原理是内存屏障，Memory Barrier（Memory Fence）

1. 对 volatile 变量的写指令后会加入写屏障

2. 对 volatile 变量的读指令前会加入读屏障

Double-checked locking （双重检查锁定）

为了提高性能，会延迟初始化某些类，在第一次使用的时候做类的初始化。为了保证多线程下的线程安全，一般会做安全同步。

//最开始的单例模式是这样的
    public final class Singleton 
        private Singleton()  
        private static Singleton INSTANCE = null;
        public static Singleton getInstance() 
        // 首次访问会同步，而之后的使用不用进入synchronized
        synchronized(Singleton.class) 
        	if (INSTANCE == null)  // t1
        		INSTANCE = new Singleton();
            
        
            return INSTANCE;
        
    
//但是上面的代码块的效率是有问题的，因为即使已经产生了单实例之后，之后调用了getInstance()方法之后还是会加锁，这会严重影响性能！因此就有了模式如下double-checked lockin：
    public final class Singleton 
        private Singleton()  
        private static Singleton INSTANCE = null;
        public static Singleton getInstance() 
            if(INSTANCE == null)  // t2
                // 首次访问会同步，而之后的使用没有 synchronized
                synchronized(Singleton.class) 
                    if (INSTANCE == null)  // t1
                        INSTANCE = new Singleton();
                    
                
            
            return INSTANCE;
        
    
//但是上面的if(INSTANCE == null)判断代码没有在同步代码块synchronized中，不能享有synchronized保证的原子性，可见性。所以

分析

以上的实现特点是：

1. 懒惰实例化
2. 首次使用 getInstance() 才使用 synchronized 加锁，后续使用时无需加锁
3. 第一个 if 使用了 INSTANCE 变量，是在同步块之外
4. 但在多线程环境下，上面的代码是有问题的

比如：

1. 假设有两个线程A、B，当线程A 执行到 instance = new Singleton(); 时，线程B执行到 if (instance == null)。这里如果正常，那就是 Singleton被新建，并赋值给 instance ，线程B 拿到instance时不为null，同时开始使用 instance。

2. 但是 instance = new Singleton();的执行过程可能被重排序。

正常过程：

1. 分配内存空间
2. 初始化Singleton实例
3. 赋值 instance 实例引用

但是被重排序以后可能会出现：

1. 分配内存空间
2. 赋值 instance 实例引用
3. 初始化Singleton实例

分析：

这样重排序并不影响单线程的执行结果，JVM是允许的。但是在多线程中就会出问题。