volatile 的作用

在上篇博客中，已经提到 volatile 保证内存可见性的作用，这次加上 volatile 禁止指令重排序的作用。

class SingletonLazy {
    private static volatile SingletonLazy instance = null;
    
    public static  SingletonLazy getInstance() {
        if(instance == null) {
            synchronized (SingletonLazy.class) {
                if(instance == null) {
                    instance = new SingletonLazy();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
    private SingletonLazy() {
        
    }
}

如果没有 volatile，这段代码在多线程环境下可能返回一个“未完全初始化”的对象，导致严重 bug！

🔍 为什么需要它？—— 深入分析“对象创建”过程

new SingletonLazy() 看似一行代码，但在 JVM 底层其实分为 3 步：

1. 分配内存空间（为 SingletonLazy 对象分配堆内存）

2. 调用构造方法（初始化对象的字段、执行构造逻辑）

3. 将引用赋值给 instance（instance = 引用地址）

⚠️ 问题：JVM 可能重排序！

在没有 volatile 的情况下，JVM 或 CPU 可能将步骤 2 和 3 重排序，变成：

1. 分配内存

2. 将引用赋值给 instance（此时对象尚未初始化！）

3. 调用构造方法（延迟执行）

💥 这就是 “指令重排序”（Instruction Reordering） 优化。

🧨 多线程下的灾难场景（无 volatile）

假设有两个线程 T1 和 T2：

时间	T1（正在创建实例）	T2（调用 getInstance()）
1	执行 new： ① 分配内存 ③ 先赋值 instance = 地址（重排序！）	—
2	—	检查 if (instance == null) → false！（因为 instance 已非 null）
3	—	直接 return instance（拿到一个未初始化的对象！）
4	② 执行构造方法（太晚了！）	使用 instance → 访问未初始化的字段 → NullPointerException / 数据错误！

❌ 这就是著名的 “DCL 失效问题”（在 Java 5 之前无法安全修复）。

✅ volatile 如何解决这个问题？

当你声明：

private static volatile SingletonLazy instance = null;

volatile 提供两个关键保障：

1. 禁止重排序

• JVM 保证 instance = new SingletonLazy() 的三步操作不会被重排序。

• 必须严格按照：分配内存 → 初始化 → 赋值 的顺序执行。

2. 保证可见性

• 当 T1 执行 instance = ... 后，T2 立即能看到最新值（不会读到缓存中的 null）。

✅ 结果：T2 要么看到 instance == null（继续等待锁），
要么看到一个完全初始化好的对象。

❌ 如果去掉 volatile 会怎样？

private static SingletonLazy instance = null; // 没有 volatile！

• 单线程：一切正常。

• 多线程：有极小概率（但确实存在）返回未初始化对象。

• Bug 难以复现（依赖 CPU/JVM/时机），但一旦发生，后果严重（崩溃、数据错乱）。

🐞 这类 bug 被称为 “Heisenbug”（观测时消失，不观测时出现）。