对Java单例模式 volatile关键字作用的理解

Posted 2021-01-02 acesui

　　单例模式是程序设计中经常用到的，简单便捷的设计模式，也是很多程序猿对设计模式入门的第一节课。其中最经典的一种写法是：

class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;//volatile关键字防止指令重排
    private Singleton(){}
    public static Singleton getInstance() {
        if ( instance == null ) { //一重判断
            synchronized (Singleton.class) {//对Singleton.class上锁
                if ( instance == null ) {//二重判断
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

　　其中有两个关键的地方：1，初始化instance实例的适合，采用两重判断对Singleton.class上锁。

　　　　　　　　　　　　　2，静态变量instance使用了volatile关键字进行修饰。

　　第一个问题相对比较好理解　　

        if ( instance == null ) { //一重判断
            synchronized (Singleton.class) {//对Singleton.class上锁
                if ( instance == null ) {//二重判断
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }

　　

　　sychronized关键字锁住Singleton类而不是instance对象，是因为，此时instance为空，加sychronized没有意义。
第一重判断的意义在于：如果instance非空，就跳过了锁的步骤，减少加锁的资源开销。但是由于第一重判断在代码锁之外，如果不同线程同时访问到install==null，会先后阻塞执行代码锁内的内容。所以在代码锁内加第二重判断就很有必要了，避免第一个线程获取实例后，第二个线程获得资源锁又执行了一次instance的初始化，产生两个不同的实例。

　　很多人不理解instance实例在声明时加volatile关键字的作用，或者是发现别人这么写了，自己也跟着这么写。对volatile关键字的解释，很多地方只是提了句“当要求使用volatile 声明的变量的值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，它可以防止指令重排”，这里不想对这句话进行展开解释，想详细了解可以参考文章
　　https://www.cnblogs.com/shan1393/p/8999683.html
　　https://www.cnblogs.com/xrq730/p/7048693.html

　　instance = new Singleton()看上去只有一句话，但java的初始化成员变量包括内存分配、初始化、返回对象在堆上的引用等一系列操作。对于synchronized代码块内，一条语句完整执行是没有问题的。但如果发生了指令重排，先返回对象在堆上的引用，再进行初始化。对于另一个执行到一重判断的线程来说，由于instance已经指向了堆上的一段内存空间，那么instance就不为空，会将未完成初始化的对象返回给其他函数调用，引发一系列不安全隐患。加了volatile关键字，可以保证返回对象在对上的引用发生在初始化之后，避免了这种情况的发生。这就是单例模式下 instance加volatile关键字的作用。