Java双重检查锁为什么使用volatile关键字？（新手必看）

双重检查锁（Double-Checked Locking，DCL）以及 volatile 关键字的使用是并发编程中一个非常经典的问题。

在多线程编程中，单例模式的线程安全实现常常会使用到 DCL 模式。这种模式在一定程度上减少了同步的开销，但如果没有正确使用，它会导致复杂的并发问题。Java 语言提供了 volatile 关键字来方便地实现正确的 DCL。

单例模式意味着某个类的实例在整个应用程序中只有一个。在多线程环境下，我们必须确保单例类的对象在多个线程中只被创建一次。最简单的线程安全单例模式实现是对整个创建方法加锁，但这会引入不必要的同步开销，因为一旦实例被创建，就不再需要同步控制了。

为了减少同步带来的开销，DCL 利用两次检查和一次锁定来实现线程安全的单例。第一次检查是为了避免不必要的同步，第二次检查是为了在 null 实例的情况下进行同步创建。

DCL 的示例代码如下：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;
    private Singleton() {}
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第一次检查
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第二次检查
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

在上述代码中，instance 使用 volatile 修饰，这是实现 DCL 的关键。很多读者可能会产生疑问，为什么要使用 volatile 关键字呢？它起到了什么作用？

我们知道，volatile 关键字主要有两个作用：

确保变量的可见性：保证一个线程写入的变量值对其他线程立即可见。
防止指令重排序：在运行时，编译器和处理器可能会对指令进行重排序，以优化性能和利用资源。volatile 关键字可以防止创建对象时的指令重排序。

上述示例代码中，一个线程执行过程如下：

线程 A 进入 getInstance() 方法；
因为 instance 为 null，线程 A 进入同步块；
在同步块内，线程 A 执行 instance = new Singleton()。

上述过程看起来是 3 个步骤，实际上包含很多指令，instance = new Singleton()；对象创建过程就可以分解为下面步骤：

给 Singleton 实例分配内存空间；
调用 Singleton 的构造函数，初始化成员字段；
将 instance 指向分配的内存空间（此时 instance 的值就不是 null 了）。

如果我们不使用 volatile 关键字修饰，可能会导致这些指令的执行顺序被重排序，例如，指令 3 可能在指令 2 之前执行。这意味着在调用构造函数初始化对象之前，instance 的值已经不是 null 了。如果此时，线程 B 开始了 getInstance() 方法的第一次检查，并且看到 instance 的值不是 null，那么线程 B 将返回一个尚未完全构造的对象。

因此 volatile 关键字是 DCL 的重要部分，它解决了指令重排序问题和变量可见性问题。这确保了实例化操作的安全性，允许我们高效地实现线程安全的单例模式。

Java双重检查锁为什么使用volatile关键字？（新手必看）

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