Java懒加载单例：为何用volatile而非方法级synchronized避免无效读取？

一、为什么要给字段加volatile防止无效数据读取？ #

在懒加载单例的双重检查锁实现里，instance = new LazySingleton()这个操作并非原子性的，JVM实际会拆成三步执行：

1. 为对象分配内存空间
2. 初始化对象的成员变量、执行构造方法
3. 将instance引用指向分配好的内存地址

如果没有给instance加volatile关键字，JVM可能会对这三步指令进行重排序，变成1→3→2。这时候就会出现问题：当线程A执行完步骤3但还没执行步骤2时，instance已经不为null了，此时线程B进入第一个if (instance == null)判断，会直接返回这个还没完成初始化的instance，也就是读取到了无效的半初始化对象，这就是所谓的“无效数据读取”。

volatile关键字的作用就是禁止JVM对上述指令进行重排序，确保对象完全初始化完成后，才把instance引用指向内存地址；同时它还能保证多线程之间的可见性，一个线程修改instance的值后，其他线程能立刻看到最新的结果，避免因为缓存一致性问题读取到旧值。

二、方法声明加synchronized能否替代代码块同步实现相同效果？ #

能实现线程安全的单例效果，但两者的性能差异很大：

• 第二种实现（方法级synchronized）：整个getInstance()方法被加锁，每次调用这个方法时，不管instance是否已经初始化，所有线程都必须排队获取锁，并发场景下性能损耗严重，相当于把懒加载变成了串行化操作。
• 第一种实现（代码块同步+双重检查）：只有当instance为null的时候，才会进入同步块抢锁；一旦instance初始化完成，后续调用getInstance()都不需要再进入同步块，直接返回实例，并发性能好很多。

另外，方法级synchronized本身也能保证内存可见性和有序性，所以不需要加volatile也不会出现无效数据读取的问题，但代价是牺牲了并发性能。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者kaka