一、先看一段代碼
/**
* 單例模式的實現
*/
public class Singleton {
private static Singleton singleton;
private Singleton() {
}
public static Singleton getSingleton(){
if (null == singleton){
synchronized (Singleton.class){
if (null == singleton){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
上例就是著名的單例模式的雙檢索實現。
在單線程情況下，並不會有什麼問題，但是在多線程情況下，就會有問題。
會有什麼問題呢？
在多線程環境下，一個線程在執行到第一次檢查後，singleton不爲空，但是此時的singleton還沒有完成初始化，因爲singleton = new Singleton();這一步是分爲三步去完成的。
1、分配對象內存空間
2、初始化對象
3、設置instance指向剛分配的內存地址，此時instance!=null
假如此時發生重排序了，順序就變成如下的情況：
1、分配對象內存空間
2、設置instance指向剛分配的內存地址，此時instance!=null
3、初始化對象
爲什麼會發生這種情況？什麼是重排序？一臉懵逼。。。
因爲2和3不存在數據依賴的關係，在單線程情況下，不管是在前面還是在後面，都不會影響程序的結果，這種重排序優化是允許的。當多線程情況下，有一個線程訪問時發現instance!=null，但是instance還沒初始化完成，這就造成了線程的安全性問題。
那怎麼解決呢？
很簡單，加上volatile關鍵字。那這個關鍵字做什麼用的？
volatile：禁止指令重排序
/**
* 單例模式的實現
*/
public class Singleton {
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton() {
}
public static Singleton getSingleton(){
if (null == singleton){
synchronized (Singleton.class){
if (null == singleton){
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
}
二、volatile如何禁止重排序優化？
概念：內存屏障（Memory Barrier），一個CPU指令。
作用：
1、保證特定操作的執行順序；
2、保證某些變量的內存可見性。
volatile變量正是通過內存屏障實現其在內存中的語義（可見性和禁止重排優化）。
三、volatile的變量爲何立即可見？
當寫一個volatile變量時，JMM會把該線程對應的工作內存中的共享變量刷新到主內存中；
當讀一個volatile變量時，JMM會把該線程對應的工作內存置爲無效，那麼該線程將只能從主內存中重寫讀取共享變量。
四、volatile的內存語義
volatile：JVM提供的輕量級同步機制
volatile關鍵字有如下兩個作用：
1、保證被volatile修飾的共享變量對所有線程總是可見的，即當一個線程修改了一個被volatile修飾的共享變量的值的時候，其他線程立即感知到變動；
2、禁止指令重排序優化。
關於volatile的可見性作用，我們必須意識到被volatile修飾的變量，對所有線程總是立即可見的。對volatile變量的所有寫操作，總是能理解反應到其他線程中，但是對於volatile變量運算操作在多線程環境中並不保證安全性。
public class VolatileDemo {
public static volatile int i = 0;
public static void increase(){
i++;
}
}
value++並不是一個原子性操作，value++是先讀取值，然後再寫回一個新值，相當於原來的值加上1，分兩步來完成。如果第二個線程在第一個線程讀取舊址和寫回新值期間，讀取value的閾值，那麼第二個線程就會與第一個線程一起看到同一個值，並執行相同的加1操作，也就引發了線程安全問題。因此對於increase方法必須使用synchronized修飾，以便保證線程安全。需要補充，並且注意的是，synchronized關鍵字解決的是執行控制的問題，它會阻止其他線程獲取當前對象的監控鎖，這就使得當前對象中被synchronized關鍵字保護的代碼塊無法被其他線程訪問，也就無法併發執行。
public class VolatileDemo {
public static volatile int i = 0;
public synchronized static void increase(){
i++;
}
}
在increase方法前面添加了synchronized，更重要的是synchronized還會創建一個內存屏障，內存屏障指令保證了所有CPU結果都會直接刷到主存中，從而保證了操作的內存可見性，同時也使得先獲得這個鎖的線程的所有操作都happens-before於隨後獲得這個鎖的所有操作。
一旦使用synchronized修飾方法之後，由於synchronized本身也具有與volatile相同的特性（即可見性），因此在這樣的情況下，就完全可以省去volatile修飾變量。
public class VolatileDemo {
public static int i = 0;
public synchronized static void increase(){
i++;
}
}
五、volatile和synchronize的區別?
1、volatile本質是在告訴JVM當前變量在寄存器（工作內存）中的值是不確定的，需要從主存中讀取；synchronized則是鎖定當前變量，只有當前線程可以訪問該變量，其他線程被阻塞住直到該線程完成變量操作爲止。
2、vlotaile僅能使用在變量級別；synchronized則可以使用變量、方法和類級別。
3、volatile僅能實現變量的修改可見性，不能保證原子性；而synchronized則可以保證變量修改的可見性和原子性。
4、volatile不會造成線程的阻塞；synchronized可能會造成線程的阻塞。
5、volatile標記的變量不會被編譯器優化；synchronized標記的變量可以被編譯器優化。