一、先看一段代码
/**
* 单例模式的实现
*/
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;
}
}
上例就是著名的单例模式的双检索实现。
在单线程情况下，并不会有什么问题，但是在多线程情况下，就会有问题。
会有什么问题呢？
在多线程环境下，一个线程在执行到第一次检查后，singleton不为空，但是此时的singleton还没有完成初始化，因为singleton = new Singleton();这一步是分为三步去完成的。
1、分配对象内存空间
2、初始化对象
3、设置instance指向刚分配的内存地址，此时instance!=null
假如此时发生重排序了，顺序就变成如下的情况：
1、分配对象内存空间
2、设置instance指向刚分配的内存地址，此时instance!=null
3、初始化对象
为什么会发生这种情况？什么是重排序？一脸懵逼。。。
因为2和3不存在数据依赖的关系，在单线程情况下，不管是在前面还是在后面，都不会影响程序的结果，这种重排序优化是允许的。当多线程情况下，有一个线程访问时发现instance!=null，但是instance还没初始化完成，这就造成了线程的安全性问题。
那怎么解决呢？
很简单，加上volatile关键字。那这个关键字做什么用的？
volatile：禁止指令重排序
/**
* 单例模式的实现
*/
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如何禁止重排序优化？
概念：内存屏障（Memory Barrier），一个CPU指令。
作用：
1、保证特定操作的执行顺序；
2、保证某些变量的内存可见性。
volatile变量正是通过内存屏障实现其在内存中的语义（可见性和禁止重排优化）。
三、volatile的变量为何立即可见？
当写一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的工作内存中的共享变量刷新到主内存中；
当读一个volatile变量时，JMM会把该线程对应的工作内存置为无效，那么该线程将只能从主内存中重写读取共享变量。
四、volatile的内存语义
volatile：JVM提供的轻量级同步机制
volatile关键字有如下两个作用：
1、保证被volatile修饰的共享变量对所有线程总是可见的，即当一个线程修改了一个被volatile修饰的共享变量的值的时候，其他线程立即感知到变动；
2、禁止指令重排序优化。
关于volatile的可见性作用，我们必须意识到被volatile修饰的变量，对所有线程总是立即可见的。对volatile变量的所有写操作，总是能理解反应到其他线程中，但是对于volatile变量运算操作在多线程环境中并不保证安全性。
public class VolatileDemo {
public static volatile int i = 0;
public static void increase(){
i++;
}
}
value++并不是一个原子性操作，value++是先读取值，然后再写回一个新值，相当于原来的值加上1，分两步来完成。如果第二个线程在第一个线程读取旧址和写回新值期间，读取value的阈值，那么第二个线程就会与第一个线程一起看到同一个值，并执行相同的加1操作，也就引发了线程安全问题。因此对于increase方法必须使用synchronized修饰，以便保证线程安全。需要补充，并且注意的是，synchronized关键字解决的是执行控制的问题，它会阻止其他线程获取当前对象的监控锁，这就使得当前对象中被synchronized关键字保护的代码块无法被其他线程访问，也就无法并发执行。
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还会创建一个内存屏障，内存屏障指令保证了所有CPU结果都会直接刷到主存中，从而保证了操作的内存可见性，同时也使得先获得这个锁的线程的所有操作都happens-before于随后获得这个锁的所有操作。
一旦使用synchronized修饰方法之后，由于synchronized本身也具有与volatile相同的特性（即可见性），因此在这样的情况下，就完全可以省去volatile修饰变量。
public class VolatileDemo {
public static int i = 0;
public synchronized static void increase(){
i++;
}
}
五、volatile和synchronize的区别?
1、volatile本质是在告诉JVM当前变量在寄存器（工作内存）中的值是不确定的，需要从主存中读取；synchronized则是锁定当前变量，只有当前线程可以访问该变量，其他线程被阻塞住直到该线程完成变量操作为止。
2、vlotaile仅能使用在变量级别；synchronized则可以使用变量、方法和类级别。
3、volatile仅能实现变量的修改可见性，不能保证原子性；而synchronized则可以保证变量修改的可见性和原子性。
4、volatile不会造成线程的阻塞；synchronized可能会造成线程的阻塞。
5、volatile标记的变量不会被编译器优化；synchronized标记的变量可以被编译器优化。