設計模式之單例DCL爲什麼需要volatile

單例模式DCL實現

pulic class Singleton {
    //私有構造函數，方式外部通過new創建對象
    private Singleton () {
    }
    //類的內部聲明變量
    //volatile防止指令重排
    private static volatile Singleton singleton;

    //對外暴露一個靜態方法，當調用該方法時，纔去創建實例（singleton）
    //加入雙重檢查，解決線程安全問題，同時支持Lazy Loading，同時保證了效率
    //推薦使用
    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (singleton == null) {
                    singleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

不加volatile會有什麼問題？
程序執行過程中, 爲了性能考慮, 編譯器和CPU可能會對指令重新排序。
在極少數的情況下，下面語句會發生指令重排

singleton = new Singleton();

以上語句經過編譯後，可分爲以下三步（僞代碼）

memory = allocate(); // 1：分配對象的內存空間
instance(memory); // 2：初始化對象
instance = memory; // 3：設置instance指向剛分配的內存地址

以上步驟2與步驟3不存在數據依賴關係，而且無論重排前或者重排後程序的執行結果在單線程中沒有變化，因此這種重排優化是允許的。所以存在以下順序執行情況：

memory = allocate(); // 1：分配對象的內存空間
instance = memory; // 3：設置instance指向剛分配的內存地址
instance(memory); // 2：初始化對象

如果執行順序爲1.3.2,當A線程執行完1,3（此時還未完成對象初始化），這時B線程第一次判斷singleton == null，得到的結果未false，然後就會直接return一個空的對象，繼而產生後續錯誤。

爲什麼需要volatile？
volatile可實現禁止指令重排，防止上述情況發生。