双重检查单例为什么要加volatile

前言
单例模式是开发中常见应用模式，在实际开发中一个实例只需创建一次就能满足使用要求，我们选择使用单例模式，避免不必要的内存消耗。

先简单介绍下双重检查单例模式是什么，代码如下：

public class Single {

    private Factory factory;

    public Factory getFactory(){
        if (factory == null){//①
            synchronized (Single.class){//②
                if (factory == null){//③
                    factory = new Factory("car","paris");
                }
            }
        }
        return factory;
    }
}

class Factory{
    String name;
    String address;

    private Factory(){

    }
    public Factory(String name,String address){
        this.name = name;
        this.address = address;
    }
}

先解释以上代码如何保障只创建一个实例，举个栗子：

假设线程a、b同时获取实例，a、b同时走到①；
a先走到②拿到同步锁，b走到②时由于拿不到锁，于是开始等待；
a走到③由于第一次加载factory为null，于是初始化factory，释放锁；
此时b在②等到了释放的锁，走到③，由于factory已经初始化不为null，直接返回factory；
最终，线程a、b拿到同一个实例。

其次，说明下volatile关键字的作用：

保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性，即一个线程修改了某个变量的值，这新值对其他线程来说是立即可见的；
能禁止指令重排序，保证代码的有序性；

可见性

可见性是指当多个线程访问同一个变量时，一个线程修改了这个变量的值，其他线程能够立即看得到修改的值。

举个简单的例子，看下面这段代码：

//线程1执行的代码
int i = 0;
i = 10;

//线程2执行的代码
j = i;

假若执行线程1的是CPU1，执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知，当线程1执行 i =10这句时，会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中，然后赋值为10，那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了，却没有立即写入到主存当中。

　　此时线程2执行 j = i，它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中，注意此时内存当中i的值还是0，那么就会使得j的值为0，而不是10.

　　这就是可见性问题，线程1对变量i修改了之后，线程2没有立即看到线程1修改的值。

有序性
有序性：即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子，看下面这段代码：

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int i = 0;              
boolean flag = false;
i = 1;                //语句1  
flag = true;          //语句2

上面代码定义了一个int型变量，定义了一个boolean类型变量，然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看，语句1是在语句2前面的，那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗？不一定，为什么呢？这里可能会发生指令重排序（Instruction Reorder）。

　　下面解释一下什么是指令重排序，一般来说，处理器为了提高程序运行效率，可能会对输入代码进行优化，它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致，但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。

　　比如上面的代码中，语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响，那么就有可能在执行过程中，语句2先执行而语句1后执行。
　　

int a = 10;    //语句1
int r = 2;    //语句2
a = a + 3;    //语句3
r = a*a;     //语句4

这段代码有4个语句，那么可能的一个执行顺序是：
语句2—>语句1—>语句3—>语句4

　　那么可不可能是这个执行顺序呢： 语句2—>语句1—>语句4—> 语句3

　　不可能，因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性，如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果，那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。

　　虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果，但是多线程呢？下面看一个例子:
　　

//线程1:
context = loadContext();   //语句1
inited = true;             //语句2

//线程2:
while(!inited ){
  sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);

　　上面代码中，由于语句1和语句2没有数据依赖性，因此可能会被重排序。假如发生了重排序，在线程1执行过程中先执行语句2，而此是线程2会以为初始化工作已经完成，那么就会跳出while循环，去执行doSomethingwithconfig(context)方法，而此时context并没有被初始化，就会导致程序出错。

　　从上面可以看出，指令重排序不会影响单个线程的执行，但是会影响到线程并发执行的正确性。

　　也就是说，要想并发程序正确地执行，必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证，就有可能会导致程序运行不正确。
　　
以上可见性和有序性内容摘抄以下博客，更多详细知识可在其博客查看，感谢分享http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html
　　
最终开始分析双重检查单例为什么要加volatile？不加volatile会有什么问题么？

首先分析不加volatile会有什么问题，回到最早我们分析的代码如下

private Factory factory;

public Factory getFactory(){
    if (factory == null){//①
        synchronized (Single.class){//②
            if (factory == null){//③
                factory = new Factory("car","paris");//④
            }
        }
    }
    return factory;
}

还是举个栗子：线程a、b同时获取factory实例，之间的分析不再重复，大家可以自行回忆；a到了④的位置，b在等待中，④的代码

factory = new Factory("car","paris");

我们可以拆分成三部分
a.获取对象地址；
b.初始化一个Factory对象；
c.将factory引用指向初始化的对象；

根据以上有序性的分析；④的代码执行顺序会有：a—>b—>c和a—>c—>b 两种情况，只要最终结果一致，在java内存中以上执行顺序都有可能发生。
问题就出在执行顺序上，a—>b—>c顺序执行不会有什么问题；
如果执行a—>c—>b，我们推测下会有什么情况发生：
a到了④的位置，b在等待中，a—>c—>b时，factory拿到对象地址，对象正在初始化中；
b获取锁返回factory，此时factory对象还未初始化完成或部分部分初始化，拿着factory进行其他操作，会导致空指针或操作与预期结果不一致问题。
在factory前加volatile关键字，就能确保执行顺序为 a—>b—>c 因为c有volatile修饰，如有不明白可返回上面章节 有序性 查阅。

最终结论，双重检查单例利用了volatile的能禁止指令重排序特性，保证代码的有序性。

以上就是全部内容，有错误或不妥的地方，希望大家能及时指出，共同进步。

双重检查单例为什么要加volatile

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