关于java:面试突击51为什么单例一定要加-volatile

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单例模式的实现办法有很多种，如饿汉模式、懒汉模式、动态外部类和枚举等，当面试官问到“为什么单例模式肯定要加 volatile？”时，那么他指的是为什么懒汉模式中的公有变量要加 volatile？

懒汉模式指的是对象的创立是懒加载的形式，并不是在程序启动时就创建对象，而是第一次被真正应用时才创建对象。

要解释为什么要加 volatile？咱们先来看懒汉模式的具体实现代码：

public class Singleton {
    // 1. 避免内部间接 new 对象毁坏单例模式
    private Singleton() {}
    // 2. 通过公有变量保留单例对象【增加了 volatile 润饰】private static volatile Singleton instance = null;
    // 3. 提供公共获取单例对象的办法
    public static Singleton getInstance() {if (instance == null) { // 第 1 次效验
            synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) { // 第 2 次效验
                    instance = new Singleton();}
            }
        }
        return instance;
    }
}

从上述代码能够看出，为了保障线程平安和高性能，代码中应用了两次 if 和 synchronized 来保障程序的执行。那既然曾经有 synchronized 来保障线程平安了，为什么还要给变量加 volatile 呢？
在解释这个问题之前，咱们先要搞懂一个前置常识：volatile 有什么用呢？

volatile 有两个次要的作用，第一，解决内存可见性问题，第二，避免指令重排序。

所谓内存可见性问题，指的是多个线程同时操作一个变量，其中某个线程批改了变量的值之后，其余线程感知不到变量的批改，这就是内存可见性问题。
而应用 volatile 就能够解决内存可见性问题，比方以下代码，当没有增加 volatile 时，它的实现如下：

private static boolean flag = false;
public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // 如果 flag 变量为 true 就终止执行
            while (!flag) { }
            System.out.println("终止执行");
        }
    });
    t1.start();
    // 1s 之后将 flag 变量的值批改为 true
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("设置 flag 变量的值为 true！");
            flag = true;
        }
    });
    t2.start();}

以上程序的执行后果如下：

然而，以上程序执行了 N 久之后，仍然没有完结执行，这阐明线程 2 在批改了 flag 变量之后，线程 1 基本没有感知到变量的批改。
那么接下来，咱们尝试给 flag 加上 volatile，实现代码如下：

public class volatileTest {
    private static volatile boolean flag = false;
    public static void main(String[] args) {Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 如果 flag 变量为 true 就终止执行
                while (!flag) { }
                System.out.println("终止执行");
            }
        });
        t1.start();
        // 1s 之后将 flag 变量的值批改为 true
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("设置 flag 变量的值为 true！");
                flag = true;
            }
        });
        t2.start();}
}

以上程序的执行后果如下：

从上述执行后果咱们能够看出，应用 volatile 之后就能够解决程序中的内存可见性问题了。

指令重排序是指在程序执行过程中，编译器或 JVM 经常会对指令进行从新排序，已进步程序的执行性能。
指令重排序的设计初衷的确很好，在单线程中也能施展很棒的作用，然而在多线程中，应用指令重排序就可能会导致线程平安问题了。

所谓线程平安问题是指程序的执行后果，和咱们的预期不相符。比方咱们预期的正确后果是 0，但程序的执行后果却是 1，那么这就是线程平安问题。

而应用 volatile 能够禁止指令重排序，从而保障程序在多线程运行时可能正确执行。

回到主题，咱们 在单例模式中应用 volatile，次要是应用 volatile 能够禁止指令重排序，从而保障程序的失常运行。这里可能会有读者提出疑难，不是曾经应用了 synchronized 来保障线程平安吗？那为什么还要再加 volatile 呢？看上面的代码：

public class Singleton {private Singleton() {}
    // 应用 volatile 禁止指令重排序
    private static volatile Singleton instance = null;
    public static Singleton getInstance() {if (instance == null) { // ①
            synchronized (Singleton.class) {if (instance == null) {instance = new Singleton(); // ②
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

留神察看上述代码，我标记了第 ① 处和第 ② 处的两行代码。给公有变量加 volatile 次要是为了避免第 ② 处执行时，也就是“instance = new Singleton()”执行时的指令重排序的，这行代码 看似只是一个创建对象的过程，然而它的理论执行却分为以下 3 步：

创立内存空间。
在内存空间中初始化对象 Singleton。
将内存地址赋值给 instance 对象（执行了此步骤，instance 就不等于 null 了）。

试想一下，如果不加 volatile，那么线程 1 在执行到上述代码的第 ② 处时就可能会执行指令重排序，将本来是 1、2、3 的执行程序，重排为 1、3、2。然而非凡状况下，线程 1 在执行完第 3 步之后，如果来了线程 2 执行到上述代码的第 ① 处，判断 instance 对象曾经不为 null，但此时线程 1 还未将对象实例化完，那么线程 2 将会失去一个被实例化“一半”的对象，从而导致程序执行出错，这就是为什么要给公有变量增加 volatile 的起因了。

应用 volatile 能够解决内存可见性问题和避免指令重排序，咱们在单例模式中应用 volatile 次要是应用 volatile 的后一个个性（避免指令重排序），从而防止多线程执行的状况下，因为指令重排序而导致某些线程失去一个未被齐全实例化的对象，从而导致程序执行出错的状况。