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Java 面试宝典：DCL 了解吗？为什么 DCL 里面的变量需要用 volatile？

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 2024-03-23  阅读(61)
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DCL，Double-Checked Locking， 即双重检查锁定。很多小伙伴在单例模式中用到它，代码如下：

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {                       // 1
            synchronized (Singleton.class) {          // 2
                if (instance == null) {               // 3
                    instance = new Singleton();       // 4
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

对于这段代码其实可问的有很多，比如：

  1. 为什么构造函数要使用 private?
  2. 为什么要进行两次 if (instance == null)?
  3. synchronized (Singleton.class) 在这里的作用是什么？
  4. synchronized (Singleton.class) 中为什么要使用 Singleton.class？使用其他的可以么？例如
  5. 变量 instance 为什么要使用 volatile 修饰？

这里我们只关注第 5 个 问题，为什么 变量 instance 要使用 volatile。

首先我们看如果不使用 volatile 会有什么影响。我们先看这个过程：

  1. 第一个 if (instance == null)，如果为 false，则不需要执行下面的代码了，提高了程序的性能。
  2. 如果 instance == null，即使是多线程，也会因为 synchronized 的存在，只会有一个线程执行下面的代码。
  • 当第一个获得锁的线程创建完成后 singleton对象后，其他的线程也会在第二次判断 singleton一定不会为 null，则直接返回已经创建好的singleton对象。

细看上面的逻辑是没任何问题的，但是大明哥告诉你不加 volatile 就是有问题，那问题出在哪里呢？我们先来复习一下创建对象过程，实例化一个对象要分为三个步骤：

  1. 给 singleton 对象分配内存空间
  2. 调用 Singleton 类的构造函数等，初始化 singleton 对象
  3. 将 singleton 对象指向分配的内存空间，这步一旦执行了，那 singleton 对象就不等于null了

我们知道编译器或 CPU 为了提供程序的执行效率，会对代码和指令进行重排序，上面步骤2、3 可能会发生重排序，那么过程就变成这样了：

  1. 给 singleton 对象分配内存空间
  2. 将 singleton 对象指向分配的内存空间
  3. 调用 Singleton 类的构造函数等，初始化 singleton 对象

如果步骤 2、3发生了重排序就会导致第二个判断（if(singleton != null)）会出错，因为它其实仅仅只是一个地址而已，对象还没有完成初始化，所以 return 的 singleton 对象是一个没有被初始化的对象，调用会报错，如下：

所以，DCL 使用 volatile 关键字，是为了禁止指令重排序，避免返回还没完成初始化的 singleton 对象，导致调用报错，也保证了线程的安全。确切地说是，就是使用 volatile防止了Java 对象在实例化过程中的指令重排，确保在对象的构造函数执行完毕之前，不会将 instance 的内存分配操作指令重排到构造函数之外。

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