首先给出Double Check写法的单例代码
public class Singleton{
private static volatile Singleton instance = null;
private Singleton(){}
public Singleton getInstance(){
if(null == instance){
synchronized(Singleton.class){
if(null == instance){
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
没有volatile关键字可能出现的问题
首先我们分析一下去掉volatile关键字的情况下,可能存在的问题。instance = new Singleton();的执行并非原子性的,主要分为以下3步:
- 分配一块内存M
- 将M的地址赋值给instance变量
- 最后再内存M上初始化Sigleton对象
我们假设线程A先执行getInstance()方法,当执行完指令2时恰好发生了线程切换,切换到了线程B上;如果此时线程B也执行getInstance()方法,那么线程B会发现instance != null,所以直接返回instance,而此时instance还没有初始化过的,这个时候访问instance的成员变量将可能触发空指针异常。详见下图:

volatile关键字的作用
那加上volatile关键字,为什么可以解决上述的问题,首先我们需要理解volatile的功能,主要包括两方面:
- 保持内存的可见性。因为JVM内存模型分为工作内存和主内存,主内存通常是我们的物理内存,而工作内存通常是CPU缓存,在多核CPU情况下,线程的工作内存往往可能处于不同的CPU上,所以存在内存不可见的问题。volatile修饰的变量,在读取时,要求JVM强制从主内存读取,在写入时,要求JVM强制同步到主内存中,也就保证了在不同的线程上读取到的变量都是实时的。
- 防止指令重排。在JVM对于指令优化需要遵循happen-before原则,其中有一条volatile原则:对一个变量的写操作先行发生于后面对这个变量的读操作。
那volatile是为了保证内存可见性吗?显然不是,因为instance被声明为static,所以变量会保存在方法区,这对于所有的线程都是共享的,不存在可见性问题。
加上volatile的作用主要是防止指令重排,主要是说,无论什么情况,对于volatile变量的写操作必须在完成后才能读取,所以不会出现未完成构造就读取的情况。
本文详细解析了DoubleCheck写法的单例模式代码,阐述了在多线程环境下,volatile关键字如何防止指令重排,确保实例初始化的正确性。
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