java 虚拟机指令重新排序

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();
    }
}