并发编程的三大挑战之有序性及其解决方案

原创已于 2023-03-09 19:48:52 修改 · 367 阅读

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于 2023-03-09 07:30:11 首次发布

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文章讨论了Java编程中由于编译器优化可能导致的有序性问题，特别是在实现单例模式时，由于指令重排可能引发线程安全问题。通过一个双重检查锁定的单例模式示例，解释了在instance变量分配和初始化之间可能出现的重排，这可能导致未初始化的对象被多个线程访问。为了解决这个问题，文章提出使用volatile关键字来确保内存可见性和禁止指令重排，从而保证线程安全。

一、有序性产生的原因

二、怎么解决上面的有序性问题

一、有序性产生的原因

编译优化导致的指令重排带来有序性问题

有序性指定的是程序按照代码的先后顺序执行。而编译器为了优化性能，有时候会改变程序中语句的先后顺序，例如: a =6;b=7,编译器优化后可能编程了b=7;a=6。在这个例子里，编译器调整了语句的顺序，但不会影响到最终结果。

在java领域中经典案例利用双重检查创建单例对象，例如下面的代码：在获取实例的getInstance()方法中，我们先判断instance是否为空，如果为空则锁定Singletion.class并再次检查intance是否为空，如果还为空就创建一个Singleton的实例。

private static Singleton instance;

private Singleton (){}

public static Singleton getInstance(){
    // B
    if(instance== null){
        synchronized (Singleton.class){

            if(instance== null){
                // A   ,  开辟空间，instance指向地址，初始化
                instance= new Singleton ();
            }
        }
    }
    return instance;
}

上面的代码有什么问题吗？看起来很完美，但是问题出现在instance= new Singleton ();语句，该语句会执行三个操作，1、开辟空间 2、初始化 3、instance指向地址

如果按照正常顺序来说也不会有问题，但是指令2和指令3之间不存在依赖关系，编译器优化后可能产生重排，执行顺序为1 --> 3 --> 2,那么这个时候可能会产生在A线程刚把instance指向对应地址后，B线程获取到执行权，然后获取到一个没有初始化的对象，从而产生空指针异常。A、B两个线程的执行顺序如下：

二、怎么解决上面的有序性问题

实际上我们只要解决了指令重排，就可以解决这个有序性问题。那么我们可以通过添加关键字volatile来解决，如下所示：

private static volatile Singleton instance;

private Singleton (){}

public static Singleton getInstance(){
    // B
    if(instance== null){
        synchronized (Singleton.class){

            if(instance== null){
                // A   ,  开辟空间，instance指向地址，初始化
                instance= new Singleton ();
            }
        }
    }
    return instance;
}