java 单例模式中的双重检测为什么要加 volatile 关键字？

Question

Java 实现单例模式有方法有双重检测锁，代码如下：

public class Singleton {    private static volatile Singleton singleton = null;    private Singleton(){}    public static Singleton getSingleton(){        if(singleton == null){            synchronized (Singleton.class){                if(singleton == null){                    singleton = new Singleton();                }            }        }        return singleton;    }    }

我理解的 synchronized 关键字实现了可见性、原子性和有序性，临界区中的代码可以重排序，但是不能重排序到临界区外面，synchronized 实现的可见性是临界区中代码执行结束之后，里面的共享变量会刷新到主内存中，那么如果 new Singleton() 方法被拆成了三个操作，并且经过重排序之后的顺序是这样的话：

1. 分配内存
2. 将实例引用赋值给 singleton 变量
3. 实例初始化

不管这三个操作怎么重排序，另外一个线程看到的结果都是这三个操作执行完成后的结果（因为 synchronized 的原子性），那不就相当于另外一个线程访问到的 singleton 如果不为 null 的话就肯定实例化了吗？为什么还要多此一举加个 volatile 关键字禁止重排序呢？

Answer 1

加 volatile 就是为了保证变量的赋值对所有线程可见，这点与指令重排序无关。你说“不管这三个操作怎么重排序，另外一个线程看到的结果都是这三个操作执行完成后的结果”，实际情况是，如果没有 volatile，每个线程都可能会操作自己的 singleton 副本，他们看到的结果可能不同。synchronize 不保证变量对其他线程可见。

Answer 2

在 Java 中，使用 volatile 关键字可以确保多线程间的可见性。

在上述示例中，如果 Singleton 类的构造函数被拆分成三个操作，即使 synchronized 关键字确保了原子性和可见性，但是由于 JVM 的内存模型，可能会存在重排序的情况。

考虑以下情况：

1. 线程 A 进入临界区，singleton 为 null，线程 A 分配了内存，并将实例引用赋值给 singleton 变量。
2. 线程 A 继续执行，实例初始化。
3. 线程 A 退出临界区，将 singleton 的值刷新到主内存中。
4. 线程 B 进入临界区，看到 singleton 不为 null，因此直接返回 singleton。

在这个情况下，线程 B 没有看到 singleton 变量被赋值为新实例的操作，因此它获取的 singleton 可能不是最新的实例。

通过添加 volatile 关键字，可以禁止 JVM 进行重排序，确保了在多线程环境下，其他线程看到的 singleton 总是最新的实例。因此，双重检测锁加 volatile 关键字是为了确保在多线程环境下的可见性和禁止重排序。