Java線程安全中的有序性淺析

更新時間：2023年02月21日 10:23:29 作者：綠仔牛奶_

這篇文章主要介紹了Java線程安全中的有序性，在開發(fā)中，我們通常按照從上到下的順序編寫程序指令，并且希望cpu和編譯器按照我們預先編寫的順序去執(zhí)。但往往cpu和編譯器為了提高性能、優(yōu)化指令的執(zhí)行順序，會將我們編寫好的程序指令進行重排序

什么是有序性

在開發(fā)中，我們通常按照從上到下的順序編寫程序指令，并且希望cpu和編譯器按照我們預先編寫的順序去執(zhí)。但往往cpu和編譯器為了提高性能、優(yōu)化指令的執(zhí)行順序，會將我們編寫好的程序指令進行重排序。

此時如果是在單線程狀態(tài)下，無論是否進行了重排序都不會影響程序最終的結果

而有序性是指在多線程環(huán)境下就可能會由于程序指令重排序后導致最終結果與預期不符的情況

我們以單例模式中的雙重檢驗鎖為例

利用new關鍵字創(chuàng)建一個對象實際上是執(zhí)行了三個操作

分配內(nèi)存空間
在內(nèi)存上(執(zhí)行構造方法)初始化對象
將初始化后的對象提交給引用(對象引用指向分配好的內(nèi)存空間地址)

但是當我們在運行程序時，編譯器對程序進行重排序優(yōu)化，經(jīng)常會將2和3兩個步驟進行調(diào)換。

// 雙重檢驗鎖
public class Singleton {
    static Singleton instance;
    static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

上述雙重檢驗鎖，在第一次校驗instance是否為null時如果不為null，則不用進行后續(xù)的初始化的下面的加鎖操作，大幅的提高了synchronized的性能。但是在多線程狀態(tài)下執(zhí)行上述創(chuàng)建對象的程序，就可能會出現(xiàn)創(chuàng)建的對象instance雖然不為null，但是它可能還沒有初始化但是卻指向了某片內(nèi)存空間。

我們就下圖進行分析

我們假設A和B兩條線程同時創(chuàng)建對象，那么上述的A線程創(chuàng)建instance時為其分配內(nèi)存空間，正確來講應該先對instance進行初始化然后將內(nèi)存地址交給instance，但是由于重排序，卻在初始化之前提交了內(nèi)存地址。那么當線程切換到B，B就會認為instance是一個創(chuàng)建完成的對象就會返回。

雙重檢驗鎖的有序性就體現(xiàn)在，創(chuàng)建對象的三個操作被重排序之后可能執(zhí)行順序會變成先提交內(nèi)存地址再初始化導致對象創(chuàng)建失敗

解決有序性？