双重检查锁的单例模式volatile的作用

### 什么是双重检查锁定中的 `volatile` 关键字及其作用 在 Java 中，`volatile` 是一种特殊的变量修饰符，主要用于多线程环境下的可见性和有序性保障。对于双重检查锁定（Double-Checked Locking, DCL）单例模式而言，`volatile` 的引入解决了因指令重排序而导致的对象“逸出”问题。 #### 1. **可见性** 当多个线程共享同一个变量时，如果没有使用同步机制或者 `volatile`，某个线程对变量的修改可能无法及时被其他线程感知到。这是因为每个线程可能会有自己的本地缓存副本[^1]。通过声明 `instance` 为 `volatile`，可以确保所有线程都能看到最新的值，从而避免某些线程读取到过期数据的情况。 ```java private static volatile Singleton instance = null; ``` 这段代码表明 `instance` 被标记为 `volatile` 后，在任何时刻对其写入的操作都会立即刷新回主内存，并且每次读取都必须从主内存获取最新值[^3]。 --- #### 2. **防止指令重排序** JVM 和 CPU 层面为了提高执行效率，允许对程序语句进行重新排列，只要逻辑上不影响串行结果即可。然而，在创建对象的过程中存在潜在风险： 假设以下伪代码表示了 `new Singleton()` 的过程： ```plaintext memory = allocate(); // 1. 分配对象内存空间 ctorInstance(memory); // 2. 初始化对象 instance = memory; // 3. 设置 instance 指向刚分配的内存地址 ``` 如果发生指令重排序，则可能出现下面这种情况： ```plaintext memory = allocate(); // 1. instance = memory; // 3. （提前暴露未完全初始化的对象） ctorInstance(memory); // 2. ``` 此时另一个线程可能访问到了尚未完成构造函数调用的半成品对象，这显然违反了预期行为[^5]。而加上 `volatile` 就能阻止这种危险的重排现象，强制按照定义顺序依次执行每一步操作。 --- #### 3. **有序性** 除了控制特定字段上的动作外，`happens-before` 原则还规定了一系列规则来维护整体一致性。具体来说，一旦某处设置了带有 `volatile` 特性的变量之后，之前所有的普通写操作都将先于后续对该变量本身的读/写生效；反之亦然——即后面发生的针对此变量的动作不会跑到前面去干扰先前已完成的工作流。 这意味着即使是在复杂的竞争条件下，也能依靠这些约定保持全局状态的一致性而不至于崩溃或陷入死循环等问题之中。 --- ### 结合实际案例分析 考虑典型实现方式如下所示： ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 第一次检查 synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { // 第二次检查 instance = new Singleton(); } } } return instance; } } ``` 这里的关键在于第三步赋值前后的屏障设置使得整个流程更加稳健可靠。假如缺少这个属性限定的话，就有可能因为上述提到的各种原因造成不可预料的结果甚至系统错误。 --- ### 总结 综上所述，`volatile` 在双重检查锁定单例模式里的主要贡献体现在三个方面：增强跨处理器间通信的有效性(也就是所谓的"可见性")、抑制不必要的编译器优化带来的副作用以及维持必要的因果关系链条以便构建更健壮的应用架构体系结构之上[^3]。 ---