使用 final 字段实现的 Java 惰性线程安全单例

Question

我不明白为什么这里需要局部变量：

public class FinalWrapper<T> {
    public final T value;
    public FinalWrapper(T value) {
        this.value = value;
    }
}

public class Foo {
   private FinalWrapper<Helper> helperWrapper;

   public Helper getHelper() {
      FinalWrapper<Helper> tempWrapper = helperWrapper;

      if (tempWrapper == null) {
          synchronized(this) {
              if (helperWrapper == null) {
                  helperWrapper = new FinalWrapper<Helper>(new Helper());
              }
              tempWrapper = helperWrapper;
          }
      }
      return tempWrapper.value;
   }
}

此代码来自：https://en.wikipedia.org/wiki/Double-checked_locking#Usage_in_Java。如果我们没有这个局部变量，我们会遇到什么问题？根据维基文章：

Java 5 中 final 字段的语义可用于安全地发布帮助对象，而无需使用 volatile。局部变量 tempWrapper 是正确性所必需的：简单地使用 helperWrapper 进行 null 检查和 return 语句可能会由于 Java 内存模型下允许的读取重新排序而失败。此实现的性能不一定比 volatile 实现更好。

提前致谢。

Answer 1

要了解根本问题，让我们从代码中删除局部变量：

public class Foo {
    private FinalWrapper<Helper> helperWrapper;

    public Helper getHelper() {
        if (helperWrapper == null) {
            synchronized(this) {
                if (helperWrapper == null) {
                    helperWrapper = new FinalWrapper<Helper>(new Helper());
                }
            }
        }
        return helperWrapper.value;
    }
}

在这种情况下我们有三个读取：

1. 外部空检查。
2. 内部空检查。
3. 返回前的读取。

问题在于，由于读取重新排序，第一次读取可以返回 non-null 值，第三次读取可以返回 null。这意味着第三次读取发生在第一次之前，这应该确保 helperWrapper 被初始化...

添加局部变量解决了这个问题，因为我们将helperWrapper 值分配给tempWrapper，然后读取tempWrapper 的顺序无关紧要。如果它有一个非空值，则它同时用于空值检查和返回语句。

之所以会发生这种情况，是因为 Java 内存模型仅出于优化目的而允许对操作进行此类重新排序。看here的引用：

什么是重新排序？

访问程序变量的情况有很多 （对象实例字段、类静态字段和数组元素）可能 似乎以不同于指定的顺序执行 程序。编译器可以随意随意排序 以优化为名的指令。处理器可以执行 在某些情况下指令不正常。数据可能是 在寄存器、处理器高速缓存和主存储器之间移动 与程序指定的顺序不同。

[...]

编译器、运行时和硬件应该共同创建 好像串行语义的错觉，这意味着在一个 单线程程序，程序应该是观察不到的 重新排序的影响。但是，重新排序可能会在 不正确同步的多线程程序，其中一个线程 能够观察其他线程的影响，并且可能能够 检测变量访问对 a 中的其他线程可见 与程序中执行或指定的顺序不同。

[...]