指令重排簡述

1、JMM內(nèi)存模型三大特性包括原子性，可見性，有序性。詳細請看關(guān)于Java內(nèi)存模型的三大特性

2、指令重排是相對有序性來說的，指在程序執(zhí)行過程中, 為了性能考慮, 編譯器和CPU可能會對指令重新排序。單線程模式下只有一個執(zhí)行引擎，不存在競爭，所有的操作都是有有序的，不影響最后的執(zhí)行結(jié)果。

3、指令重排只能保證串行(單線程)語句執(zhí)行的一致性。

單例模式

假設(shè)我的單列對象是Faith(一個人只有一個信仰)，查看多線程下示例的創(chuàng)建次數(shù)，即構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用次數(shù)。

餓漢模式

示例代碼

class Faith {
    private static Faith myFaith = new Faith();
    private Faith(){
        System.out.println("Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了");
    }

    public static Faith getMyFaith() {
        return myFaith;
    }
}

public class TestSingleton {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i <= 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                Faith.getMyFaith();
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

控制臺：

Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了

• 多條線程同時運行時，只創(chuàng)建了一個實例。
• 餓漢模式下，在類加載的時候創(chuàng)建一次實例，不會存在多個線程創(chuàng)建多個實例的情況。但在類加載時就自動創(chuàng)建，占用內(nèi)存。
• 因此重點講懶漢模式，即第一次調(diào)用獲取實列方法時，才被動創(chuàng)建對象。

懶漢模式

單線程懶漢模式

示例代碼

class Faith {
    private static Faith myFaith = null;
    private Faith(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了");
    }

    public static Faith getMyFaith() {
        if (myFaith == null){
             myFaith =  new Faith();
        }
        return myFaith;
    }
}

上面的代碼是單線程下的懶漢模式，但是在并發(fā)情況下，當myFaith為空，需new對象時，多個線程可能同時進入這個方法。

public class TestSingleton {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i <= 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                Faith.getMyFaith();
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

控制臺：

5 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
1 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
8 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
4 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
2 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
3 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
9 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
7 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
10 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
0 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了
6 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了

可以看到，結(jié)果非常糟糕，得到多個不同對象。

多線程懶漢模式-synchronized

最直接的方法就是在靜態(tài)方法上加synchronized互斥鎖.

public static synchronized Faith getMyFaith() {
    if (myFaith == null){
        myFaith =  new Faith();
    }
    return myFaith;
}

synchronized屬于重量鎖，在高并發(fā)情況下，上百條個線程都等在靜態(tài)方法外，阻塞很大，不推薦。

多線程懶漢模式-DCL

DCL(double check lock)雙端檢索機制，在new方法上加同步鎖，但要在加鎖前后進行非空判斷。

class Faith {
    private static Faith myFaith = null;
    private Faith(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了");
    }

    public static Faith getMyFaith() {
        // 第一次判斷，若myFaith實例為空
        if (myFaith == null){
            // 加同步鎖
            synchronized (Faith.class) {
                // 第二次判斷，若myFaith實例確實為空，進入構(gòu)造方法
                if (myFaith == null) {
                    myFaith = new Faith();
                }
            }
        }
        return myFaith;
    }
}

public class TestSingleton {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i <= 10; i++) {
            new Thread(() -> {
                Faith.getMyFaith();
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

控制臺：

0 --- Faith.Faith --- 私有構(gòu)造調(diào)用了

• 可以看到，10條線程下，只獲取到一個實列對象，看似是一個相對高效的方法。但在本文一開始，就提到了指令重排。
• 當myFaith為空，進入初始化，當還沒初始化完成時，會有線程安全問題。

指令重排分析

myFaith = new Faith();，該方法其實有3步：

1、分配內(nèi)存空間何內(nèi)存地址

memeory = allocate;

2、初始化對象

myFaith(memory);

3、將實例指向分配的內(nèi)存地址

myFaith = memory;

第二步和第三步?jīng)]有數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，單線程下指令重排不影響執(zhí)行結(jié)果，因此編譯器和cpu允許重排優(yōu)化的行為。

即可能出現(xiàn)第三步先于第二部執(zhí)行， myFaith = memory; 此時因為已經(jīng)給即將創(chuàng)建的myFaith分配了內(nèi)存空間，所以myFaith!=null，但對象的初始化還沒有完成，造成線程安全問題。

多線程懶漢模式-DCL+volatile

JMM保證有序性的重要方法就是引入J.U.C并發(fā)包下的volatile關(guān)鍵字，volatile 關(guān)鍵字通過添加內(nèi)存屏障的方式來禁止指令重排，即重排序時不能把后面的指令放到內(nèi)存屏障之前。

即原來的DCL單例模式，在實例對象上再加volatile修飾即可。

private static volatile Faith myFaith = null;