Java线程安全中的有序性浅析

什么是有序性

在开发中，我们通常按照从上到下的顺序编写程序指令，并且希望cpu和编译器按照我们预先编写的顺序去执。但往往cpu和编译器为了提高性能、优化指令的执行顺序，会将我们编写好的程序指令进行重排序。

此时如果是在单线程状态下，无论是否进行了重排序都不会影响程序最终的结果

而有序性是指在多线程环境下就可能会由于程序指令重排序后导致最终结果与预期不符的情况

我们以单例模式中的双重检验锁为例

利用new关键字创建一个对象实际上是执行了三个操作

• 分配内存空间
• 在内存上(执行构造方法)初始化对象
• 将初始化后的对象提交给引用(对象引用指向分配好的内存空间地址)

但是当我们在运行程序时，编译器对程序进行重排序优化，经常会将2和3两个步骤进行调换。

// 双重检验锁
public class Singleton {
    static Singleton instance;
    static Singleton getInstance(){
        if (instance == null){
            synchronized(Singleton.class){
                if (instance == null){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

上述双重检验锁，在第一次校验instance是否为null时如果不为null，则不用进行后续的初始化的下面的加锁操作，大幅的提高了synchronized的性能。但是在多线程状态下执行上述创建对象的程序，就可能会出现创建的对象instance虽然不为null，但是它可能还没有初始化但是却指向了某片内存空间。

我们就下图进行分析

我们假设A和B两条线程同时创建对象，那么上述的A线程创建instance时为其分配内存空间，正确来讲应该先对instance进行初始化然后将内存地址交给instance，但是由于重排序，却在初始化之前提交了内存地址。那么当线程切换到B，B就会认为instance是一个创建完成的对象就会返回。

双重检验锁的有序性就体现在，创建对象的三个操作被重排序之后可能执行顺序会变成先提交内存地址再初始化导致对象创建失败

解决有序性？

• Volatile修饰保证有序性
• 使用Synchtonized加锁保证有序性
• 使用Lock加锁保证有序性