Java 싱글톤 모드에 휘발성 키워드를 추가해야 하는 이유는 무엇입니까?

서문:

싱글턴 모드를 구현하는 방법은 배고픈 모드, 게으른 모드, 정적 내부 클래스 및 열거형 등 여러 가지가 있습니다. 면접관이 "왜 싱글턴 모드를 추가해야 합니까? "휘발성?"이라는 질문은 게으른 모드의 개인 변수가 왜 휘발성이어야 하는지를 언급하는 것입니다.

Lazy 모드는 객체 생성의 지연 로딩 방식을 말하며, 프로그램 시작 시 객체가 생성되지 않고 실제로 처음 사용될 때만 객체가 생성됩니다.

휘발성이 추가된 이유를 설명해야 합니까? 먼저 게으른 모드의 구체적인 구현 코드를 살펴보겠습니다.

public class Singleton {
    // 1.防止外部直接 new 对象破坏单例模式
    private Singleton() {}
    // 2.通过私有变量保存单例对象【添加了 volatile 修饰】
    private static volatile Singleton instance = null;
    // 3.提供公共获取单例对象的方法
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // 第 1 次效验
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) { // 第 2 次效验
                    instance = new Singleton(); 
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

위의 코드에서 볼 수 있듯이 스레드 안전성과 고성능을 보장하기 위해 코드에서 if 및 동기화가 두 번 사용되어 실행을 보장합니다. 프로그램. 그렇다면 스레드 안전을 보장하기 위해 이미 동기화가 되어 있는데 왜 변수에 휘발성을 추가해야 합니까? 이 문제를 설명하기 전에 먼저 전제 지식을 이해해야 합니다. 휘발성의 사용법은 무엇입니까?

1. 휘발성 기능

휘발성에는 두 가지 주요 기능이 있습니다. 첫째, 메모리 가시성 문제를 해결하고, 둘째, 명령어 재정렬을 방지합니다.

1.1 메모리 가시성 문제

소위 메모리 가시성 문제는 여러 스레드가 변수의 값을 동시에 수정한 후 다른 스레드가 변수의 수정을 인식할 수 없는 경우를 말합니다. 메모리 가시성 문제입니다. 휘발성을 사용하면 메모리 가시성 문제를 해결할 수 있습니다 예를 들어 다음 코드에서는 휘발성이 추가되지 않은 경우 구현은 다음과 같습니다.

private static boolean flag = false;
public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            // 如果 flag 变量为 true 就终止执行
            while (!flag) {

            }
            System.out.println("终止执行");
        }
    });
    t1.start();
    // 1s 之后将 flag 变量的值修改为 true
    Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
        @Override
        public void run() {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("设置 flag 变量的值为 true！");
            flag = true;
        }
    });
    t2.start();
}

위 프로그램의 실행 결과는 다음과 같습니다.

그러나 위 프로그램은 N번 동안 실행한 후에도 여전히 실행이 종료되지 않았습니다. 이는 스레드 2가 플래그 변수를 수정한 후 스레드 1이 변수 수정을 전혀 인식하지 못했음을 의미합니다.

다음으로 플래그에 휘발성을 추가해 보겠습니다. 구현 코드는 다음과 같습니다.

public class volatileTest {
    private static volatile boolean flag = false;
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                // 如果 flag 变量为 true 就终止执行
                while (!flag) {

                }
                System.out.println("终止执行");
            }
        });
        t1.start();
        // 1s 之后将 flag 变量的值修改为 true
        Thread t2 = new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("设置 flag 变量的值为 true！");
                flag = true;
            }
        });
        t2.start();
    }
}

위 프로그램의 실행 결과는 다음과 같습니다.

위의 실행 결과에서 휘발성을 사용한 후에는 프로그램의 메모리 가시성 문제를 해결할 수 있음을 알 수 있습니다.

1.2 명령어 재정렬 방지

명령어 재정렬이란 프로그램 실행 중에 컴파일러나 JVM이 프로그램의 실행 성능을 향상시키기 위해 명령어를 자주 재정렬하는 것을 의미합니다. 명령어 재정렬의 원래 설계 의도는 실제로 매우 좋으며 단일 스레드에서도 큰 역할을 할 수 있습니다. 그러나 다중 스레드에서 명령어 재정렬을 사용하면 스레드 안전 문제가 발생할 수 있습니다.

소위 스레드 안전 문제는 프로그램의 실행 결과가 우리의 기대와 일치하지 않음을 의미합니다. 예를 들어, 예상한 올바른 결과는 0이지만 프로그램의 실행 결과는 1인 경우 이는 스레드 안전 문제입니다.

휘발성을 사용하면 명령어 재정렬을 방지할 수 있으므로 여러 스레드에서 실행될 때 프로그램이 올바르게 실행될 수 있습니다.

2. 왜 휘발성을 사용하나요?

주제로 돌아가서, 우리는 싱글톤 모드에서 휘발성을 사용합니다. 그 이유는 휘발성이 명령 재정렬을 금지하여 프로그램의 정상적인 작동을 보장할 수 있기 때문입니다. 일부 독자는 여기서 질문을 할 수 있습니다. 동기화는 스레드 안전을 보장하기 위해 이미 사용되지 않았습니까? 그렇다면 왜 휘발성을 추가합니까? 아래 코드를 보세요:

public class Singleton {
    private Singleton() {}
    // 使用 volatile 禁止指令重排序
    private static volatile Singleton instance = null;
    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) { // ①
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton(); // ②
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

위 코드에 주목하세요. ①과 ②에 두 줄의 코드를 표시했습니다. 개인 변수에 휘발성을 추가하는 것은 주로 ②의 실행, 즉 "instance = new Singleton()" 실행 중 명령의 순서 변경을 방지하기 위한 것입니다. 이 코드는 단지 객체를 생성하는 과정인 것 같습니다. 하지만 실제 실행은 다음 3단계로 나뉩니다.

• 메모리 공간을 만듭니다.

• 메모리 공간에서 객체 싱글톤을 초기화합니다.

• 인스턴스 객체에 메모리 주소를 할당합니다(이 단계를 실행한 후에는 인스턴스가 null이 되지 않습니다).

상상해 보세요. 휘발성이 추가되지 않으면 스레드 1은 위 코드의 ②를 실행할 때 명령 재정렬을 수행할 수 있으며 원래 실행 순서 1, 2, 3은 1, 3으로 재정렬됩니다. , 2. 그러나 특별한 상황에서 스레드 1이 3단계를 실행한 후 스레드 2가 와서 위 코드의 첫 번째 단계를 실행하면 인스턴스 개체가 null이 아니라고 판단되지만 스레드 1은 아직 개체 인스턴스화를 완료하지 않았습니다. 스레드 2는 인스턴스화되는 "절반" 개체를 가져오므로 프로그램 실행에 오류가 발생합니다. 이것이 개인 변수에 휘발성이 추가되는 이유입니다.

위 내용은 Java 싱글톤 모드에 휘발성 키워드를 추가해야 하는 이유는 무엇입니까?의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!