雙重檢查鎖單例模式為什麼要用volatile關鍵字？
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前言
從Java記憶體模型出發，結合并發程式設計中的原子性、可見性、有序性三個角度分析volatile所起的作用，并從彙編角度大緻說了volatile的原理，說明了該關鍵字的應用場景；在這補充一點，分析下volatile是怎麼在單例模式中避免雙檢鎖出現的問題的。
并發程式設計的3個條件
1 原子性：要實作原子性方式較多，可用synchronized、lock加鎖，AtomicInteger等，但volatile關鍵字是無法保證原子性的。
2 可見性：要實作可見性，也可用synchronized、lock，volatile關鍵字可用來保證可見性。
3 有序性：要避免指令重排序，synchronized、lock作用的代碼塊自然是有序執行的，volatile關鍵字有效的禁止了指令重排序，實作了程式執行的有序性。
雙重檢查鎖定模式
雙重檢查鎖定（Double check locked）模式經常會出現在一些架構源碼中，目的是為了延遲初始化變量。這個模式還可以用來建立單例。下面來看一個 Spring 中雙重檢查鎖定的例子。
這個例子中需要将配置檔案加載到 handlerMappings中，由于讀取資源比較耗時，是以将動作放到真正需要 handlerMappings的時候。我們可以看到 handlerMappings前面使用了volatile。有沒有想過為什麼一定需要 volatile？雖然之前了解了雙重檢查鎖定模式的原理，但是卻忽略變量使用了 volatile。
下面我們就來看下這背後的原因。
錯誤的延遲初始化例子
想到延遲初始化一個變量，最簡單的例子就是取出變量進行判斷。
這個例子在單線程環境可以正常運作，但是在多線程環境就有可能會抛出空指針異常。為了防止這種情況，我們需要在該方法上使用 synchronized。這樣該方法在多線程環境就是安全的，但是這麼做就會導緻每次方法調用都需要擷取與釋放鎖，開銷很大。
深入分析可以得知隻有在初始化的變量的需要真正加鎖，一旦初始化之後，直接傳回對象即可。
是以我們可以将該方法改造以下的樣子。
這個方法首先判斷變量是否被初始化，沒有被初始化，再去擷取鎖。擷取鎖之後，再次判斷變量是否被初始化。第二次判斷目的在于有可能其他線程擷取過鎖，已經初始化改變量。第二次檢查還未通過，才會真正初始化變量。
這個方法檢查判定兩次，并使用鎖，是以形象稱為雙重檢查鎖定模式。
這個方案縮小鎖的範圍，減少鎖的開銷，看起來很完美。然而這個方案有一些問題卻很容易被忽略。
new 執行個體背後的指令
這個被忽略的問題在于 Cache cache=new Cache()這行代碼并不是一個原子指令。使用 javap -c指令，可以快速檢視位元組碼。
從位元組碼可以看到建立一個對象執行個體，可以分為三步：
- 配置設定對象記憶體。
- 調用構造器方法，執行初始化。
- 将對象引用指派給變量。
虛拟機實際運作時，以上指令可能發生重排序。以上代碼 2,3 可能發生重排序，但是并不會重排序 1 的順序。也就是說 1 這個指令都需要先執行，因為 2,3 指令需要依托 1 指令執行結果。
Java 語言規定了線程執行程式時需要遵守 intra-thread semantics。intra-thread semantics 保證重排序不會改變單線程内的程式執行結果。這個重排序在沒有改變單線程程式的執行結果的前提下，可以提高程式的執行性能。
雖然重排序并不影響單線程内的執行結果，但是在多線程的環境就帶來一些問題。
上面錯誤雙重檢查鎖定的示例代碼中，如果線程 1 擷取到鎖進入建立對象執行個體，這個時候發生了指令重排序。當線程1 執行到 t3 時刻，線程 2 剛好進入，由于此時對象已經不為 Null，是以線程 2 可以自由通路該對象。然後該對象還未初始化，是以線程 2 通路時将會發生異常。
volatile 作用
- 正确的雙重檢查鎖定模式需要需要使用 volatile。
- volatile主要包含兩個功能。 保證可見性。使用volatile定義的變量，将會保證對所有線程的可見性。
- 禁止指令重排序優化。 由于volatile禁止對象建立時指令之間重排序，是以其他線程不會通路到一個未初始化的對象，進而保證安全性。
注意，volatile禁止指令重排序在 JDK 5 之後才被修複。
使用局部變量優化性能
重新檢視 Spring 中雙重檢查鎖定代碼。
可以看到方法内部使用局部變量，首先将執行個體變量值指派給該局部變量，然後再進行判斷。最後内容先寫入局部變量，然後再将局部變量指派給執行個體變量。
使用局部變量相對于不使用局部變量，可以提高性能。主要是由于 volatile變量建立對象時需要禁止指令重排序，這就需要一些額外的操作。
總結
對象的建立可能發生指令的重排序，使用 volatile可以禁止指令的重排序，保證多線程環境内的系統安全。