synchronized能不能禁止指令重排序-有解無憂

I)、指令重排序

1、問題描述

首先一定要明確：指令重排序和有序性是不一樣的，這一點非常重要，

我們經常都會這么說：

①、volatile能保證記憶體可見性、禁止指令重排序但是不能保證原子性，

②、synchronized能保證原子性、可見性和有序性，

注意：這里的有序性并不是代表能禁止指令重排序，

舉個例子：

在雙重檢查的單例模式中，既然已經加了synchronized為什么還需要volatile去修飾變數呢？如果synchronized能禁止指令重排，那么完全可以不用要volatile，

2、DCL代碼位元組碼分析指令重排序問題

首先需要知道的知識點：Object obj = new Object();這句代碼并不是一個原子操作，他分為三步：

在記憶體申請一片空間，new 出一個物件
呼叫new出的這個物件的構造方法
將這個物件的參考賦值給obj

a)、DCL雙重檢查代碼

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)、位元組碼如下

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-OYQAIyjU-1623231753387)(picture/禁止指令重排序問題-1.png)]

從位元組碼中可以看到，new MySingleton();這句代碼對應了17、20、21、24這四行位元組碼（20行是一個參考的拷貝，可以忽略），

首先在17行在記憶體中開辟一塊空間創建一個MySingleton物件，
然后在21行呼叫該物件的構造方法，
然后在24行將該物件的參考賦值給靜態變數INSTANCE，

以上是我們期望的執行順序，我們希望每個執行緒都按照該順序去執行指令（這就是禁止指令重排序），但是由于計算機為了提高運行效率，會將我們的指令順序進行優化重排（比如上面的順序可能會優化重排為：17、24、21）

指令重排序帶來的問題

我們的計算機為了提升效率，會將我們的代碼順序做一些優化，比如在t1執行緒中的執行順序是 17、24、21，在t2執行緒中執行的順序是17、21、24 （在單個執行緒中不管是那種執行順序都不會有問題），
當t1執行緒獲取到鎖執行物件創建的時候，先執行了24行，將該物件的參考賦值給了靜態變數INSTANCE（此時物件還沒呼叫構造方法，該物件還不是一個完整的物件），
此時t2執行緒開始運行了，當t2執行緒執行到if (INSTANCE == null)(第16行代碼)陳述句的時候，t2執行緒發現INSTANCE不為空，此時t2執行緒直接回傳INSTANCE物件，但是此時該物件還是一個不完整的物件，在t2執行緒使用該物件的時候就會出現問題，

所以說指令重排序在單執行緒中是不會有任何問題的，但是一旦涉及到多執行緒的情況，那么指令重排序可能會帶來意想不到的結果，

II)、有序性

那么既然synchronized不能禁止指令重排序，那么他保證的有序性是什么有序呢？

它的本質是讓多個執行緒在呼叫synchronized修飾的方法時，由并行（并發）變成串行呼叫，誰獲得鎖誰執行，

1、代碼示例

t1、t2兩個執行緒都需要去獲取單例物件，然后呼叫test方法，并且test方法是加了同步鎖的方法，

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);
        }
    }
}

測驗代碼

public class MySingletonTest {
		// 可以看到兩個執行緒都需要去獲取單例物件，然后呼叫test方法，并且test方法是加了同步鎖的方法
    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執行緒獲得了未呼叫建構式的物件，那么在t2執行緒中再去呼叫MySingleton.test(instance);方法的時候，也并不會出現任何問題，因為使用了同步鎖，每個一加鎖執行的方法都變成了串行，將并發執行變成了串行，當t2執行緒獲取到鎖然后執行的時候，t1早已經釋放了鎖，此時instance也已經早就被實體化好了，所以不會出現問題，

所以synchronized保證順序性是指的將并發執行變成了串行，但并不能保證內部指令重排序問題，

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