面试官:synchronized 能不能禁止指令重排序?大部分人都会答错!
指令重排序
1、问题描述
首先一定要明确:指令重排序和有序性是不一样的。这一点非常重要。
我们经常都会这么说:
- volatile能保证内存可见性、禁止指令重排序但是不能保证原子性。
- synchronized能保证原子性、可见性和有序性。
注意:这里的有序性并不是代表能禁止指令重排序。
举个例子:
在双重检查的单例模式中,既然已经加了synchronized为什么还需要volatile去修饰变量呢?如果synchronized能禁止指令重排,那么完全可以不用要volatile。
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2、DCL代码字节码分析指令重排序问题
首先需要知道的知识点:Object obj = new Object();这句代码并不是一个原子操作,他分为三步:
- 在内存申请一片空间,new 出一个对象
- 调用new出的这个对象的构造方法
- 将这个对象的引用赋值给obj
a)、DCL双重检查代码
public class MySingleton {
private static MySingleton INSTANCE;
private MySingleton() {
}
public static MySingleton getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
synchronized (MySingleton.class) {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new MySingleton();
}
}
}
return INSTANCE;
}
}
b)、字节码如下
从字节码中可以看到,new MySingleton();
这句代码对应了17、20、21、24这四行字节码(20行是一个引用的拷贝,可以忽略)。
- 首先在17行在内存中开辟一块空间创建一个MySingleton对象。
- 然后在21行调用该对象的构造方法。
- 然后在24行将该对象的引用赋值给静态变量INSTANCE。
以上是我们期望的执行顺序,我们希望每个线程都按照该顺序去执行指令(这就是禁止指令重排序)。但是由于计算机为了提高运行效率,会将我们的指令顺序进行优化重排(比如上面的顺序可能会优化重排为:17、24、21)
指令重排序带来的问题
- 我们的计算机为了提升效率,会将我们的代码顺序做一些优化,比如在t1线程中的执行顺序是 17、24、21,在t2线程中执行的顺序是17、21、24 (在单个线程中不管是那种执行顺序都不会有问题)。
- 当t1线程获取到锁执行对象创建的时候,先执行了24行,将该对象的引用赋值给了静态变量INSTANCE(此时对象还没调用构造方法,该对象还不是一个完整的对象)。
- 此时t2线程开始运行了,当t2线程执行到
if (INSTANCE == null)
(第16行代码)语句的时候,t2线程发现INSTANCE不为空,此时t2线程直接返回INSTANCE对象。但是此时该对象还是一个不完整的对象,在t2线程使用该对象的时候就会出现问题。
所以说指令重排序在单线程中是不会有任何问题的,但是一旦涉及到多线程的情况,那么指令重排序可能会带来意想不到的结果。
有序性
那么既然synchronized不能禁止指令重排序,那么他保证的有序性是什么有序呢?
它的本质是让多个线程在调用synchronized修饰的方法时,由并行(并发)变成串行调用,谁获得锁谁执行。
1、代码示例
t1、t2两个线程都需要去获取单例对象,然后调用test方法,并且test方法是加了同步锁的方法。
public class MySingleton {
private static MySingleton INSTANCE;
private MySingleton() {
}
public static MySingleton getInstance() {
if (INSTANCE == null) {
synchronized (MySingleton.class) {
if (INSTANCE == null) {
INSTANCE = new MySingleton();
}
}
}
return INSTANCE;
}
public static void test(final MySingleton singleton) {
synchronized (MySingleton.class) {
System.out.println(singleton);
}
}
}
测试代码
public class MySingletonTest {
// 可以看到两个线程都需要去获取单例对象,然后调用test方法,并且test方法是加了同步锁的方法
public static void main(final String[] args) {
new Thread(() -> {
MySingleton instance = MySingleton.getInstance();
MySingleton.test(instance);
}, "t1").start();
new Thread(() -> {
MySingleton instance = MySingleton.getInstance();
MySingleton.test(instance);
}, "t2").start();
}
}
即使是t2线程获得了未调用构造函数的对象,那么在t2线程中再去调用MySingleton.test(instance);
方法的时候,也并不会出现任何问题,因为使用了同步锁,每个一加锁执行的方法都变成了串行,将并发执行变成了串行,当t2线程获取到锁然后执行的时候,t1早已经释放了锁,此时instance也已经早就被实例化好了。所以不会出现问题。
所以synchronized保证顺序性是指的将并发执行变成了串行,但并不能保证内部指令重排序问题。
来源:blog.csdn.net/Hellowenpan/article/details/117750543
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