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Java線程安全中的有序性淺析

更新時(shí)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(kāi)發(fā)中，我們通常按照從上到下的順序編寫(xiě)程序指令，并且希望cpu和編譯器按照我們預(yù)先編寫(xiě)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(huì)將我們編寫(xiě)好的程序指令進(jìn)行重排序

什么是有序性

在開(kāi)發(fā)中，我們通常按照從上到下的順序編寫(xiě)程序指令，并且希望cpu和編譯器按照我們預(yù)先編寫(xiě)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(huì)將我們編寫(xiě)好的程序指令進(jìn)行重排序。

此時(shí)如果是在單線程狀態(tài)下，無(wú)論是否進(jìn)行了重排序都不會(huì)影響程序最終的結(jié)果

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

我們以單例模式中的雙重檢驗(yàn)鎖為例

利用new關(guān)鍵字創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象實(shí)際上是執(zhí)行了三個(gè)操作

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

但是當(dāng)我們?cè)谶\(yùn)行程序時(shí)，編譯器對(duì)程序進(jìn)行重排序優(yōu)化，經(jīng)常會(huì)將2和3兩個(gè)步驟進(jìn)行調(diào)換。

// 雙重檢驗(yàn)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(yàn)鎖，在第一次校驗(yàn)instance是否為null時(shí)如果不為null，則不用進(jìn)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(duì)象的程序，就可能會(huì)出現(xiàn)創(chuàng)建的對(duì)象instance雖然不為null，但是它可能還沒(méi)有初始化但是卻指向了某片內(nèi)存空間。

我們就下圖進(jìn)行分析

我們假設(shè)A和B兩條線程同時(shí)創(chuàng)建對(duì)象，那么上述的A線程創(chuàng)建instance時(shí)為其分配內(nèi)存空間，正確來(lái)講應(yīng)該先對(duì)instance進(jìn)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(dāng)線程切換到B，B就會(huì)認(rèn)為instance是一個(gè)創(chuàng)建完成的對(duì)象就會(huì)返回。

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

解決有序性？