單例模式的double check寫法中的volatile關鍵字

在多線程環境中，volatile能保證共享變量的可見性以及一定程度的有序性。單例模式有多種寫法，有線程安全的和非線程安全的，有懶漢式和餓漢式，有利用static關鍵字修飾變量、方法、代碼塊、內部類的實現，還有用枚舉實現的，今天我們討論下單例模式里面較為復雜的double check寫法，先看下代碼：

public class Singleton{
    private static volatile Singleton instance = null;
    
    private Singleton(){}

    public Singleton getInstance(){
        if(null == instance){
            synchronized(Singleton.class){
                if(null == instance){
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

1. 為什么需要兩次check？
   1. 如果沒有外層的check，相當於給整個getInstance()方法加上了synchronized關鍵字，也就是每次獲取單例對象都要獲取class對象的monitor，monitor是粒度較大的的鎖，開銷較大。所以外層的判斷目的是：第一次獲取單例對象后，再次獲取該單例對象無需進行同步
   2. 如果沒有內層的check，假如有兩個線程，線程1和線程2同時進入外層判斷，即第8步，線程1獲得對象鎖，進入同步代碼塊並初始化對象后，釋放對象鎖，返回單例對象結束了，線程1獲取對象鎖進入同步代碼塊后又再次初始化了instance對象，導致多線程下單例模式的非線程安全；
2. 為什么instance實例需要加volatile關鍵字？
3. 因為volatile的禁止指令重排序，在第10步中，初始化instance對象並非原子操作，它包括：1.開辟堆內存2.調用構造方法初始化對象3.將instance指向新對象；如果沒有volatile關鍵字，且在並發情況下，如果某個線程完成了1 2兩個步驟，還未給instance變量賦值，此時另一個線程進入外層判空后后發現instance對象非空，就返回了未構造完全的instance對象，導致空指針異常；volatile的意義在於能夠禁止對當前對象進行指令的重排序，也就是happen-before原則的關於volatile的一條："volatile變量規則：對一個變量的寫操作happen before於后面對這個變量的讀操作"，也就是說，無論什么情況，對於volatile變量的寫操作必須在完成后才能讀取，不能暴露寫操作的中間狀態。所以不會出現未完成構造就讀取的情況；但是volatile不能保證同時對變量的寫操作也是有序的，也就是volatile不能保證原子性

happen before：描述了線程安全的可見性，有很多規則，關於volatile的規則是：對一個變量的寫操作的結果，對這個變量的讀操作可見

參考鏈接：

1. https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html
2. https://stackoverflow.com/questions/7855700/why-is-volatile-used-in-this-example-of-double-checked-locking
3. https://blog.csdn.net/DL88250/article/details/5439024
4. https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3613043.html