Java中同步的可见性影响

Question

这篇文章说：在这个不合规的代码示例中，Helper 类通过将其字段声明为 final 使其不可变。JMM 保证不可变对象在它们对任何其他线程可见之前被完全构造。getHelper() 方法中的块同步保证所有可以看到 helper 字段的非空值的线程也将看到完全初始化的 Helper 对象。public final class Helper {  private final int n;  public Helper(int n) {    this.n = n;  }  // Other fields and methods, all fields are final}final class Foo {  private Helper helper = null;  public Helper getHelper() {    if (helper == null) {            // First read of helper      synchronized (this) {        if (helper == null) {        // Second read of helper          helper = new Helper(42);        }      }    }    return helper;                   // Third read of helper  }}但是，此代码不能保证在所有 Java 虚拟机平台上都能成功，因为在 helper 的第一次读取和第三次读取之间没有发生之前的关系。因此，第三次读取 helper 有可能获得一个陈旧的空值（可能是因为它的值被编译器缓存或重新排序），导致 getHelper() 方法返回一个空指针。我不知道该怎么办。我同意一读和三读之间没有发生之前的关系，至少没有直接的关系。从某种意义上说，第一次读取必须在第二次之前发生，第二次读取必须在第三次之前发生，因此第一次读取必须在第三次之前发生时，是否存在传递性发生在之前的关系？有人能更专业地阐述吗？

Answer 1

不，没有传递关系。

JMM 背后的想法是定义 JVM 必须遵守的规则。如果 JVM 遵循这些规则，它们就有权根据需要重新排序和执行代码。

在您的示例中，第 2 次读取和第 3 次读取不相关 -例如使用synchronized或不会引入内存障碍volatile。因此，JVM 可以按如下方式执行它：

 public Helper getHelper() {

    final Helper toReturn = helper;  // "3rd" read, reading null

    if (helper == null) {            // First read of helper

      synchronized (this) {

        if (helper == null) {        // Second read of helper

          helper = new Helper(42);

        }

      }

    }

    return toReturn; // Returning null

  }

然后您的调用将返回一个空值。然而，会创建一个单例值。但是，后续调用可能仍会获得空值。

正如所建议的，使用 volatile 会引入新的内存屏障。另一种常见的解决方案是捕获读取的值并返回它。

 public Helper getHelper() {

    Helper singleton = helper;

    if (singleton == null) {

      synchronized (this) {

        singleton = helper;

        if (singleton == null) {

          singleton = new Helper(42);

          helper = singleton;

        }

      }

    }

    return singleton;

  }

由于您依赖于局部变量，因此无需重新排序。一切都发生在同一个线程中。

Answer 2

不，这些读取之间没有任何传递关系。synchornized只保证在同一个锁的同步块内所做的更改的可见性。在这种情况下，所有读取都不会使用同一个锁上的同步块，因此这是有缺陷的并且不保证可见性。

因为一旦字段被初始化就没有锁定，所以声明该字段是至关重要的volatile。这将确保可见性。

private volatile Helper helper = null;

Answer 3

这一切都在这里解释https://shipilev.net/blog/2014/safe-public-construction/#_singletons_and_singleton_factories，问题很简单。

... 请注意，我们在此代码中对实例进行了多次读取，并且至少“读取 1”和“读取 3”是没有任何同步的读取...规范方面，如发生在一致性规则中所述，读取操作可以通过竞态观察无序写入。这是为每个读取操作决定的，无论其他哪些操作已经读取了相同的位置。在我们的例子中，这意味着即使“read 1”可以读取非空实例，代码然后继续返回它，然后它进行另一个活泼的读取，它可以读取一个空实例，它将被返回！