從單例模式挖到記憶體模型（二）----指令重排序

首先是一個雙檢鎖寫的單例模式的例子：

public class Single{
	private volatile static Single single;
	private Single(){}
	public static Single getInstance(){
		if(single==null){
			synchronized (Single.class) {
				if(single==null){
					single=new Single();
				}
			}
		}
		return single;
	}
}
           

下面分析一下指令重排序（也有名字叫亂序執行，無序寫入）給這個單例模式帶來的問題：

要分析上面例子中存在的問題，就要從instance = new Singleton()這句開始，對java來說，建立新的對象并不是一個原子操作，這個過程分成了3步：

1，給 instance 配置設定記憶體

2，調用 Singleton 的構造函數來初始化成員變量

3，将instance對象指向配置設定的記憶體空間（執行完這步 instance 就為非 null 了）

關鍵：

1，在JVM的即時編譯器中，存在一個設定，叫做指令重排序。

2，在上面的例子中，2操作依賴1操作，但3操作并不依賴2操作，也就是說上面的第二步和第三步的順序是不能保證的，最終的執行順序可能是1-2-3 也可能是1-3-2。如果是後者，則在3執行完畢，2未執行之前，被線程二搶占了，這時instance已經是非 null 了（但卻沒有初始化），是以線程二會直接傳回 instance，然後使用，然後順理成章地報錯。

3，JDK1.5以後，因為記憶體模型的優化，上面的例子不會再因為指令重排序而出現問題。

關于指令重排序的說明：

1，JVM為了使得處理器内部的運算單元能充分利用，使效率最大化，處理器可能會對輸入代碼進行指令重排序的優化，處理器會在計算之後将亂序執行的結果進行重組，保證該結果與順序執行的結果是一樣的，但并不保證程式中各個語句計算的先後順序與輸入的代碼順序一緻（這種保證一緻的原則叫做as-if-serial）。

2，在多線程的情況下，指令的重排序可能會影響計算的結果。

3，如果java認為兩個操作有資料依賴性，則不會重排序。 

重排序有三種，在某一次編譯的過程中，這三種重排序的情形有可能都出現：

1，編譯器優化重排序：編譯器在不改變單線程程式語義的前提下，可以重新安排語句的執行順序。

2，指令級并行的重排序：如果不存l在資料依賴性，處理器可以改變語句對應機器指令的執行順序。

3，記憶體系統的重排序：處理器使用緩存和讀寫緩沖區，這使得加載和存儲操作看上去可能是在亂序執行。