关于volatile关键字在多线程单例模式下的应用

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多线程下单例模式存在的问题

单例模式相信很多人都了解过，不过对于初学者来说，单例模式主要是在单线程中的操作，事实上很多问题只要涉及到了多线程当中，就会暴露出许多问题，同样的，单例模式如果应用到多线程当中，那它就不叫单例模式了，不信？让我们来瞧一瞧。
首先编写一个单例模式对于大家来讲应该是很简单的事了，那么在测试方法中，我们来开启多个线程，来获取我们单例模式new出来的对象回怎样呢？我们来看下面一段代码：

public class SingletonDemo {
    private  static SingletonDemo instance=null;
    private SingletonDemo(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 我是构造方法SingletonDemo。。。");
    }
    private static SingletonDemo getInstance(){
        if (instance==null){
                         instance = new SingletonDemo();
            }

        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //开启多个线程
        for (int i =1; i <=20; i++) {
            new Thread(() -> SingletonDemo.getInstance(),String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

乍一看代码似乎没什么毛病，我们来运行一下

1 我是构造方法SingletonDemo。。。
2 我是构造方法SingletonDemo。。。
4 我是构造方法SingletonDemo。。。
3 我是构造方法SingletonDemo。。。

Process finished with exit code 0

哎？不是单例模式吗？为什么会有多个构造方法执行了？这就是多线程的神(wu)奇(yv)之处，在多线程环境下，每个线程都是抢着进行，大家都是在并行执行，在上面代码中，首先执行线程一，在判断完实例对象为null时或者正在new一个实例对象的时候，线程二抢到了资源，所以线程二开始执行，而在线程二执行的时候，有可能又会被其他线程抢占资源而执行下去，所以就会造成，构造方法被执行了多次，实例对象被new了多次。
如何解决这种问题呢？
会有人想到在get方法前加synchronized修饰，这肯定是可以的，但是这样加，我们程序的并发性就会降低很多，我们只是因为创建一个实例对象这一句代码而出现的问题，那么我们就要在这句代码上动点文章了。
那么对于这种问题，可以通过DCL(Double Check Lock)双端检锁机制来解决，也就是下面这段代码：

public class SingletonDemo {
    private  static SingletonDemo instance=null;
    private SingletonDemo(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 我是构造方法SingletonDemo。。。");
    }
    private static  SingletonDemo getInstance(){
        if (instance==null){
                    synchronized (SingletonDemo.class) {
                        if (instance==null) {
                            instance = new SingletonDemo();
                        }
                    }
            }

        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //开启多个线程
        for (int i =1; i <=20; i++) {
            new Thread(() -> SingletonDemo.getInstance(),String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

如果第一次检查实例对象部位null，则返回已实例化的对象，也就不需要执行下面的锁和初始化操作，这样做确实大大减少了性能开销，并且通过加锁，避免了多个线程去实例对象，但是仅仅这样就可以了吗？在大多数情况下，我们写这样的程序出来的结果是符合我们的预期的，但是其实实际上，还是有漏洞的，在我们的程序被java虚拟机编译的时候，是被写为字节码来执行的，而我们new一个实例对象，在我们的程序当中是一行代码。但编译器实现的时候却是这样：
memory = allocate(); 1
ctorInstance(memory); 2
instance = memory; 3
第二步和第三步之间没有数据依赖，所以有可能在编译器上会被重排序，就会导致出现下面这种情况：
memory = allocate(); 1
instance = memory; 3
ctorInstance(memory); 2
第三步被提前了！可是这个时候只是分配了内存地址，我的对象没有被初始化啊！但是现在如果线程二来执行第一步验证，这时候回显示instance！=null，所以B线程就继续往下了，那么他返回的会是一个没有被初始化的对象，这个时候，volatile关键字就来了，因为什么呢？volatile关键字有一个特性，那就是：禁止指令重排。不允许编译器重排序。我们在刚开始为实例null值的instance加上volatile关键字修饰，上面的问题就可以得到解决。