一个线程对共享变量的修改,另外一个线程能够立刻看到,我们称为可见性
我们把一个或者多个操作在 CPU 执行的过程中不被中断的特性称为原子性
在 Java 领域一个经典的案例就是利用双重检查创建单例对象,例如下面的代码:在获取实 例 getInstance() 的方法中,我们首先判断 instance 是否为空,如果为空,则锁定 Singleton.class 并再次检查 instance 是否为空,如果还为空则创建 Singleton 的一个实 例
public class Singleton {
// 使用volatile关键字修饰实例变量,保证多线程环境下的可见性以及禁止指令重排序
private static volatile Singleton instance;
// 私有构造函数,防止外部通过new关键字创建实例
private Singleton() {}
// 提供公共的静态方法来获取单例实例
public static Singleton getInstance() {
// 第一次检查,如果实例已经存在,直接返回,避免不必要的同步开销
if (instance == null) {
// 同步代码块,保证同一时刻只有一个线程能进入创建实例的逻辑
synchronized (Singleton.class) {
// 第二次检查,进入同步块后再次检查实例是否已经存在,
// 因为可能有其他线程在等待进入同步块时已经创建好了实例
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
假设有两个线程 A、B 同时调用 getInstance() 方法,他们会同时发现 instance == null ,于是同时对 Singleton.class 加锁,此时 JVM 保证只有一个线程能够加锁成功(假 设是线程 A),另外一个线程则会处于等待状态(假设是线程 B);线程 A 会创建一个 Singleton 实例,之后释放锁,锁释放后,线程 B 被唤醒,线程 B 再次尝试加锁,此时是 可以加锁成功的,加锁成功后,线程 B 检查 instance == null 时会发现,已经创建过 Singleton 实例了,所以线程 B 不会再创建一个 Singleton 实例。
这看上去一切都很完美,无懈可击,但实际上这个 getInstance() 方法并不完美。问题出在 哪里呢?出在 new 操作上,我们以为的 new 操作应该是:
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分配一块内存 M;
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在内存 M 上初始化 Singleton 对象;
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然后 M 的地址赋值给 instance 变量。
但是实际上优化后的执行路径却是这样的:
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分配一块内存 M;
-
将 M 的地址赋值给 instance 变量;
-
最后在内存 M 上初始化 Singleton 对象。 优化后会导致什么问题呢?我们假设线程 A 先执行 getInstance() 方法,当执行完指令 2 时恰好发生了线程切换,切换到了线程 B 上;如果此时线程 B 也执行 getInstance() 方 法,那么线程 B 在执行第一个判断时会发现 instance != null ,所以直接返回 instance,而此时的 instance 是没有初始化过的,如果我们这个时候访问 instance 的成 员变量就可能触发空指针异常。