DCL单例中，实例变量为什么要用volatile修饰

最新推荐文章于 2024-06-05 17:25:26 发布
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#Java #volatile

本文探讨了在双重检查锁定(DCL)模式中使用volatile关键字的原因。通过分析对象实例化过程中可能出现的指令重排序问题，解释了volatile如何防止此类问题，并确保了线程间的可见性和一致性。

"乙"处对象实例化过程是非原子的，共分为3步：1.在内存中开辟一片内存区域 2.在这片内存区域中执行构造函数，实例化对象 3.instance引用指向这片内存区域。

假设instance变量没有用volatile关键字修饰，A、B两线程并发访问DCL.class的getInstance()方法，A先执行(时间上)。当线程A执行到"乙"处，上述3步操作可能被指令重排序为1->3->2，当线程执行了"3"，还未执行"2"或"2"未完全执行完，此时 instance 不再是null(instance所指向区域已分配内存)。若此时轮到了线程B的时间片，B在"甲"处判断instance非空，就将instance返回了，而此时instance所指向的对象并未实例化或并未完全实例化，必将发生错误。

如果instance变量用volatile修饰，有两层效果：

  1. 禁止指令重排序优化：即不会出现指令执行顺序为1->3->2的情况，只能是1->2->3。当线程B执行到"甲"处，instance要么为null，要么指向已完全初始化了的对象(内存区域)。

  2. 保证instance变量的可见性(此部分内容涉及Java内存模型JMM，不熟悉的同学可以先去学习一下JMM)：即当线程A成功初始化实例后，会将实例从线程A工作内存区域刷新到主存中，同时将其他线程(如线程B)工作内存区域中的instance无效化，使得其他线程只能从主存中获取instance对象。

 

所以，DCL中的实例变量有必要用volatile修饰。

【java】java中DCL单例模式设计为什么需要volatile修饰实例对象
九师兄
10-12 212
由于这三个指令并不是原子性的，按照重排序的第一个规则： 在不影响单线程执行结果的情况下，两个不存在依赖关系的指令是允许重排序的，也就是说不一定按照我们代码写的顺序来执行 ，这样就可能导致其他线程获取到一个不完整的对象。总结而言，将单例对象声明为volatile，可以解决DCL中的潜在线程安全问题，确保在多线程环境中正确且安全地获取到完全初始化的单例实例。在多线程环境中，由于指令重排序的优化，可能会导致某个线程在访问未完全初始化的单例对象时获取到一个不完整的实例。需要将单例对象声明为volatile的。
JavaSE_第五篇：懒汉式单例中为什么要使用双重检测
毛毛的专栏
08-01 3101
文章目录一、前言二、从懒汉式单例开始三、双层检测的局限性 一、前言 二、从懒汉式单例开始 单例模式在多线程环境下的lazy模式为什么要加两个if(instance==null)？ 金手指：第一层 if (instance == null)是为了减少线程对同步锁锁的竞争，第二层if(instance==nul)是保证单例 （1）只有第二层 if (instance == null) 的懒汉式多线程下是不安全的； （2）synchronized/lock + if (instance == null) 的懒
【Java面试题】DCL单例模式设计为什么需要volatile修饰实例对象
跟着Mic学架构
08-16 478
这个问题以前的考察频率还挺高的。主要还是对线程安全性层面的指令重排序，以及volatile关键字的考察。在Java并发编程里面，volatile很重要。在AQS、ConcurrentHashMap等涉及到并发相关的工具都有用到。另外，我将所有Java面试系列制作成了完整的面试文档。它的便捷之处在于，可以通过检索的方式，找到你想要的面试题，目前已经更新180期，总计超过15W字！......
DCL单例模式中，为什么要加volatile？
任意门的博客
09-27 845
DCL：double check lock双重检查锁，如下面的代码 public class Singleton { private static volatile Singleton INSTANCE = null; private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ if(INSTANCE==null){//第一次检查 synchronized (Singleton.
大厂面试题-DCL单例模式设计为什么需要volatile修饰实例对象
gnwu1111的专栏
12-25 512
解决办法就是可以在instance这个变量上增加一个volatile关键字修饰，volatile底层使用了内存屏障机制来避免指令重排序。会导致其他线程可能拿到一个不完整的对象，也就是这个instance已经分配了引用实。主要还是对线程安全性层面的指令重排序，以及volatile关键字的考察。问题，是在基于双重检查锁设计下的单例模式中，存在不。按照重排序规则，在不影响单线程执行结果的情况下，这个实例的初始化指令还没执行。质，是因为指令重排序导致的。()构建一个实例对象的时候，题以前的考察频率还挺高的。
DCL为什么要加volatile
日拱一卒
11-29 274
Java对象的创建过程 参考： 使用idea 查看java字节码 https://blog.youkuaiyun.com/lovesunren/article/details/106066558?utm_medium=distribute.pc_relevant_t0.none-task-blog-BlogCommendFromBaidu-1.control&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant_t0.none-tas...
DCL(Double Check Lock)单例模式中，单例对象到底需不需要volatile修饰？
qq_36559772的博客
09-18 368
单例模式在开发设计的过程中，很多地方经常可以用到，在单个对象可以完成任务的情况下它可以避免程序创建过多的对象浪费系统资源，同时对于创建一些较为麻烦的对象时，对于创建与销毁的过程也起到一定的优化作用。 单例模式根据创建时机分为懒汉式与饿汉式两种模式，饿汉即急切需要创建，会在类被加载的过程创建对象，是跟随类的加载而创建。懒汉只有在需要使用时才会创建。本文主要讲解懒汉模式的DCL单例模式，代码如下： public class Singleton { /** 单例对象需要加 volatile 修饰
单例模式之DCL(Double-Checked Locking)
于琦海
05-24 1437
The "Double-Checked Locking is Broken" Declaration，单例模式之DCL的解读
单例设计模式+volatile讲解！
2301_79437276的博客
06-05 1096
单例模式（Singleton Pattern）是 Java 中最简单的设计模式之一。这种类型的设计模式属于创建型模式，它提供了一种创建对象的最佳方式。这种模式涉及到一个单一的类，该类负责创建自己的对象，同时确保只有单个对象被创建。这个类提供了一种访问其唯一的对象的方式，可以直接访问，不需要实例化该类的对象。单例模式的主要有以下角色：单例类。只能创建一个实例的类访问类。使用单例类 【demo类】
《面试无忧》--DCL单例模式为什么要用volatile修饰？
weixin_43922880的博客
04-19 808
1.什么是DCL单例模式？ DCL（double check locking）是一种双重检查的单例模式，在众多单例模式中，也算得上较优雅实用的一种，他使用两次synchronized代码块将实例化的过程进行加锁，严格保证了多线程的情况下，只实例化一个对象。下面我们看具体的代码： 运行结果如下： 看似我们输出的结果跟我们的预期结果一样，但是在一个高并发多线程的场景中（暂时不支持模拟），我们可以拿...
DCL单例是否需要加volatile,为什么
qq_35134375的博客
04-05 309
为什么需要加，为什么 因为cpu是乱序执行的，如果不加，在多线程情况下，会得到半初始化的对象 volatile是如何实现的 字节码层面：ACC_VOLATILE jvm层面：使用内存屏障 LoadLoad屏障： 对于这样的语句Load1; LoadLoad; Load2， 在Load2及后续读取操作要读取的数据被访问前，保证Load1要读取的数据被读取完毕。 StoreStore屏障： 对于这样的语句Store1; StoreStore; Store2， 在Store2及后续写入操作执行前，保证Stor
面试题：DCL单例为什么要加volatile
白首码农的博客
09-11 335
背景知识 什么是DCL Double Check Lock的缩写，双重检测锁。 懒加载单例模式 public class Singleton { private static volatile Singleton singleton; private long a; private Singleton() { this.a = 100L; } public static Singleton getInstance() {
DCL单例为什么要加volatile？
我是坏人哦
03-08 1153
问题分解 这个问题简单来说就是：在高并发的情况下，DLC双重检验也不能保证由于指令重排导致的线程获取到未完全初始化对象的问题，需要利用volatile禁止重排的特性来保证单例的线程安全。要理清楚这个问题，首先要理解什么是单例；什么是volatile；以及多线程和实例化对象底层原理。 单例是什么？ 老规矩，先贴一段维基百科的定义。（PS：贴英文不是为了装逼，只是个人觉得英文下定义主干会放在前面，理解起来更加清晰一点） Insoftware engineering,thesingleton...
为什么DCL单例需要volatile
AlohaHeja的博客
02-25 361
单例设计模式 单例模式属于创建型设计模式，单例模式保证一个类仅有一个实例，并提供一个访问它的全局访问点 单例特性： 单例类只能有一个实例。 单例类必须自己创建自己的唯一实例。 单例类必须给所有其他对象提供这一实例。 常见实现方式 饿汉式 不管是否使用，都直接创建对象。 public class Single01 { private static Single01 INSTANCE...
java 关键字 volatile_关于 Java 关键字 volatile 的总结
weixin_30863333的博客
02-12 251
1 什么是 volatilevolatile 是 Java 的一个关键字，它提供了一种轻量级的同步机制。相比于重量级锁 synchronized，volatile 更为轻量级，因为它不会引起线程上下文的切换和调度。2 volatile 的两个作用可以禁止指令的重排序优化提供多线程访问共享变量的内存可见性3 禁止指令重排3.1 什么是指令重排指令重排序是 JVM 为了优化指令，提高程序运行效率，在不...
volatile修饰的变量
JK198310的专栏
11-06 4231
volatile修饰的确实是一个变量，而且是一个“容易变”的变量。在每次取这个变量值的时候，要求不是取它上次在某个时候取的临时缓存变量（比如说暂存在某个寄存器中），而是直接到内存中取。  volatile变量能防止优化,别如说你在某个地方可能连续调用了好几次这个函数，于是编译器优化后，可能就调用一次，其他几次就采用这一次调用的返回值，而volatile修饰后，要让每一次都进行函数调用，  而不
sc面试问题
weixin_46744534的博客
09-04 896
浅拷贝和深拷贝？ 1.浅拷贝只拷贝对象本身，对象里面的组合对象直接是引用，赋值，没用创建新的对象，属于引用传递 2.深拷贝即拷贝对象本身，也拷贝对象里面的对象 tep和udp？ 1.tcp需要三次握手，四次挥手，需要建立连接，基于连接状态，udp无连接 2.tcp的数据更安全，也有序 udp不安全，可能丢包 3.tcp性能较低。udp性能更高 4.udp比tcp更适合传输数据量较大的情况 java内存模型 属于内存的共享内存部分： 1.方法区（永久代）（元空间jdk1.8，直接使用内存.
实例变量与线程安全volatile
06-30 158
主要作用，使变量在多个线程间可见。 1.volatile与死循环 当一个类继承了Thread或者实现Runnable接口，该类中的属性在类的初始化时是存放在线程的公共堆栈中和线程的私有堆栈中，当两个地方的值不一样时，则会产生线程的死循环。使用volatile关键字...
DCL在单例模式是否需要validate
Mr_Black1的博客
08-19 463
DCL 意思：double check lock：双重检查锁定 答案是需要validate的，目的是防止使用半初始化对象； 所直接到的知识点： validate 2层含义：1、线程间可见；2、禁止重排序 对象创建过程，分为3步： 1、new 对象，申请内存空间，此时成员变量值为默认值，即如果为int 则为0 引用对象则为null 2、调用对象的init方法，给成员变量赋值，此时成员变量值即为对象的真实值 3、指向引用变量 CPU指令执行规则： 不会按照字节码的...
双重锁检查创建单例为什么要设置为volatile，不设置的话有什么问题
最新发布
04-10
<think>好的，我现在需要回答关于双重锁检查单例模式中volatile关键字的作用以及不使用它可能导致的线程安全问题。首先，我得回忆一下双重锁检查（Double-Checked Locking，DCL）的基本结构，然后分析volatile在其中扮演的角色。 首先，双重锁检查单例模式通常的代码结构大概是这样的： ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 第一次检查 synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { // 第二次检查 instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 这里的关键在于为什么instance变量需要用volatile修饰。根据用户提供的引用内容，volatile的作用主要是保证可见性和禁止指令重排。现在我需要详细理解这两点。 首先，可见性。在Java内存模型中，每个线程有自己的工作内存，变量的修改可能不会立即同步到主存，导致其他线程看不到最新的值。例如，线程A进入同步块创建实例后，如果没有volatile，线程B可能在第一次检查时看到instance仍为null，从而再次进入同步块，这可能导致多次实例化。但这里其实同步块已经通过synchronized保证了原子性和可见性，那为什么还需要volatile呢？ 这里可能涉及到同步块的可见性保证范围。引用[2]提到，外层非同步检查无法享受synchronized的可见性保证。也就是说，在第一次检查（instance == null）的时候，并没有在同步块内，所以即使另一个线程已经完成了实例的创建，当前线程可能因为缓存的问题，无法及时看到instance已经被初始化，导致不必要的进入同步块，虽然第二次检查会避免重复创建，但同步块本身是有性能开销的。不过这可能还不是最关键的问题，更关键的问题在于指令重排。 接下来是指令重排的问题。对象的实例化（instance = new Singleton();）在JVM中并不是原子操作，可以分为三个步骤：1.分配内存空间，2.初始化对象，3.将instance引用指向该内存地址。如果发生指令重排，可能步骤3在步骤2之前执行，这时候instance已经不是null了，但对象还没有初始化完成。如果此时另一个线程进入第一次检查，发现instance不为null，就会直接返回一个尚未完全初始化的对象，导致错误。 volatile关键字在这里的作用就是禁止这种指令重排，确保实例的初始化过程按顺序完成，从而避免其他线程访问到未正确初始化的对象。这也就是所谓的“双重检查锁定失败”问题，在没有volatile的情况下，DCL可能会失效。 用户提供的引用[1]和[2]都提到了volatile的可见性和禁止指令重排的重要性。特别是引用[1]提到，没有volatile的话，线程可能看到过期的instance值，导致多个实例被创建。而引用[2]则指出外层检查无法获得synchronized的可见性保证，所以volatile在这里提供了必要的可见性保障。 因此，总结起来，volatile的作用有两个：1.保证不同线程对instance修改的可见性；2.禁止JVM和处理器对对象初始化的指令重排序，避免返回未初始化完全的对象实例。 如果不使用volatile，可能引发的问题包括： 1. 线程可能获取到未初始化完成的对象，导致程序错误。 2. 由于可见性问题，可能导致多个线程同时通过第一次检查，进而多次进入同步块，虽然同步块内部的第二次检查会避免多次实例化，但可能增加锁竞争，影响性能。不过更严重的是第一个问题，即未初始化对象的访问。 不过这里需要确认一下，是否真的存在即使有同步块，外层检查仍无法看到最新的instance值的情况。因为synchronized块在退出时会释放锁，并将工作内存中的变量刷新到主存，所以其他线程在进入synchronized块时，会从主存重新读取变量。但外层的第一次检查不在同步块内，所以可能不会触发从主存重新读取的操作，因此可能读取到过期的值。这时候volatile就确保了每次读取instance时都从主存获取最新的值，而不是线程的本地缓存。 因此，volatile在此处的必要性是双重的：禁止指令重排和保证可见性。</think>### 双重锁检查单例模式中 `volatile` 的作用及线程安全问题 #### 1. `volatile` 关键字的作用 在双重锁检查（Double-Checked Locking, DCL）单例模式中，`volatile` 关键字通过以下两方面保障线程安全： **a. 禁止指令重排** 对象的实例化操作 `instance = new Singleton()` 在 JVM 中可能被分解为三个步骤： 1. 分配内存空间； 2. 初始化对象； 3. 将 `instance` 引用指向该内存地址。 若未使用 `volatile`，JVM 或处理器可能对步骤 2 和 3 进行指令重排。此时，其他线程可能在第一次检查 `instance == null` 时看到一个非 `null` 但未完成初始化的对象，导致程序行为异常[^1]。 **b. 保证可见性** `volatile` 确保当一个线程完成对 `instance` 的修改后，其他线程能立即看到最新值。若未使用 `volatile`，外层非同步检查（即第一次 `instance == null`）可能因线程本地缓存读取到过期值，导致不必要的锁竞争（尽管最终不会重复创建实例）[^2]。 #### 2. 不使用 `volatile` 的线程安全问题 - **问题 1：获取未初始化对象** 若指令重排导致 `instance` 指向未初始化的内存空间，其他线程可能直接使用该对象，引发不可预知的错误（如空指针异常）[^1]。 - **问题 2：可见性导致的多次实例化尝试** 外层检查若因可见性问题误判 `instance` 为 `null`，多个线程可能同时进入同步块，虽然同步块内二次检查会避免重复创建，但会增加锁竞争开销[^2]。 #### 代码示例对比 **使用 `volatile`（安全）：** ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 外层检查 synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { // 内层检查 instance = new Singleton(); // 初始化（禁止重排） } } } return instance; } } ``` **不使用 `volatile`（不安全）：** ```java public class Singleton { private static Singleton instance; // 缺少 volatile public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 可能读取到过期值 synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { instance = new Singleton(); // 可能发生指令重排 } } } return instance; // 可能返回未初始化的对象 } } ``` #### 总结 `volatile` 通过禁止指令重排和保证可见性，确保了 DCL 单例模式的线程安全性。若不使用 `volatile`，可能因指令重排导致对象未初始化就被使用，或因可见性问题引发性能下降和潜在逻辑错误。 --- 相关问题
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