指令重排序是JVM为了优化指令,提高程序运行效率,在不影响单线程程序执行结果的前提下,尽可能地提高并行度。编译器、处理器也遵循这样一个目标。注意是单线程。多线程的情况下指令重排序就会给程序员带来问题。

是为了保证单线程的运行效率,可以进行指令优化,不影响单线程的执行效果

但是指令重排在多线程之中会出现问题

JVM指令重排导致Singleton双重锁定出错

public class Singleton {
private static Singleton instance = null;
private Singleton() { }
public static Singleton getInstance() {
if(instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if(instance == null) {
instance = new Singleton(); //非原子操作
}
}
}
return instance;
}
}

看似简单的一段赋值语句:instance = new Singleton();,其实JVM内部已经转换为多条指令:

memory = allocate(); //1:分配对象的内存空间

ctorInstance(memory); //2:初始化对象

instance = memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址

但是经过重排序后如下:

memory = allocate(); //1:分配对象的内存空间

instance = memory; //3:设置instance指向刚分配的内存地址,此时对象还没被初始化

ctorInstance(memory); //2:初始化对象

可以看到指令重排之后,instance指向分配好的内存放在了前面,而这段内存的初始化被排在了后面,在线程A初始化完成这段内存之前,线程B虽然进不去同步代码块,但是在同步代码块之前的判断就会发现instance不为空,此时线程B获得instance对象进行使用就可能发生错误。

修改为如下的形式:

public class Singleton {

    private static  volatile Singleton instance = null;

    private Singleton() { }

    public static Singleton getInstance() {

    if(instance == null) {

    synchronized (Singleton.class) {
if(instance == null) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } }

除了前面内存可见性中讲到的volatile关键字可以保证变量修改的可见性之外,还有另一个重要的作用:在JDK1.5之后,可以使用volatile变量禁止指令重排序。但是上面代码在jdk 1.5之前还是有问题的

注意,前面反复提到“从语义上讲是没有问题的”,但是很不幸,禁止指令重排优化这条语义直到jdk1.5以后才能正确工作。此前的JDK中即使将变量声明为volatile也无法完全避免重排序所导致的问题。所以,在jdk1.5版本前,双重检查锁形式的单例模式是无法保证线程安全的。

单例模式最还采用静态内部类的方式来实现,是最经典的也是保证线程安全的

package com.qqyumidi;

public class SingleTon {

    // 利用静态内部类特性实现外部类的单例
private static class SingleTonBuilder {
private static SingleTon singleTon = new SingleTon();
} // 私有化构造函数
private SingleTon() { } public static SingleTon getInstance() {
return SingleTonBuilder.singleTon;
} public static void main(String[] args) {
SingleTon instance = getInstance();
}
}

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