volatile 修饰符在双检锁单例模式中的作用

发表于 2023-12-10 更新于 2024-11-19 分类于学知识 Waline：阅读次数：

在实现一个双检锁单例的时候，IDEA 提示我要给 INSTANCE 实例加上 volatile 修饰符。当时并不明白为啥，所以选择相信 IDE。但是还是那句话，不能知其然不知其所以然啊，自己写的代码，不能自己心里没底不是。于是乎我一顿网上冲浪，终于整明白了为啥双检单例必须要用 volatile 修饰符。

代码示例

这个单例类没什么好说的，就是一个平平无奇的双检锁单例实现。

public class Singleton {
    private static Singleton INSTANCE;

    public static Singleton getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }

        return INSTANCE;
    }

    public void doSomething() {
        // Do something here
    }
}

而 IDEA 在外层的 if 上标了一个警告，并且建议我给 INSTANCE 变量加上 volatile 修饰符。

如果不加 `volatile` 会有什么问题

上面的代码，乍一看非常严谨，在发现 INSTANCE 是 null 的时候，就对其加锁并再检查一次，还是 null 的话就为它创建一个新的实例，最后返回它。但是看了一些文章之后发现，在多线程场景下，有可能出现虽然成功获取到 INSTANCE，但在调用其中的方法时仍然抛出空指针异常的诡异情况。

比如有这样一个场景，Thread 1 和 Thread 2 同时请求了 Singleton#getInstance() 方法，Thread 1 执行到了第 8 行，开始实例化这个对象；而 Thread 2 执行到了第 5 行，开始检查 INSTANCE 是否为 null。这个时候，有一定几率，虽然 Thread 2 检查到 INSTANCE 并不是 null，但是调用 Singleton#doSomething() 方法的时候却会抛出空指针异常。

造成这个问题的原因就是 Java 的指令重排。

在搞清楚 Thread 2 看到 INSTANCE 虽然不是 null，却在方法调用的时候会抛空指针异常的原因之前，先要搞清楚实例化对象的时候，JVM 到底干了什么。

JVM 实例化一个对象的过程，大致可以分为这几步：

JVM 为这个对象分配一片内存
在这片内存上初始化这个对象
将这片内存的地址赋值给 INSTANCE 变量

因为把内存地址赋值给 INSTANCE 是最后一步，所以 Thread 1 在这一步执行之前，Thread 2 对 INSTANCE == null 的判断一定为 true，进而因为拿不到 Singleton 类的锁而被阻塞，直到 Thread 1 完成对 INSTANCE 变量的实例化。

但是，上面这三步它不是个原子操作，并且 JVM 可能会进行重排序，也就是说上面这三步可能被重排成

JVM 为这个对象分配一片内存
将这片内存的地址赋值给 INSTANCE 变量
在这片内存上初始化这个对象

你看，这问题就来了，如果在 Thread 1 做完第二步但没做第三步的时候，Thread 2 开始检查 INSTANCE 是不是 null 就会得到 false，然后就走到 return，得到一个不完整的 INSTANCE 对象。这时候，虽然 INSTANCE 不是 null，但同时它也没有完成初始化，所以 Thread 2 在调用 Singleton#doSomething() 方法的时候，就会抛出空指针异常。

这个问题的解决方案就是 volatile 修饰符，因为它可以禁止指令重排，所以在给 INSTANCE 加上 volatile 之后，JVM 就会老老实实的先初始化好这个对象，再为 INSTANCE 赋值，这样多线程场景下每个线程得到的 INSTANCE 实例都会是一个初始化好了的 Singleton 对象。

代码示例

如果不加 volatile 会有什么问题

如果不加 `volatile` 会有什么问题