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Java中的双重检查锁(double checked locking)

2018-02-25 18:09 351 查看

最初的代码

在最近的项目中,写出了这样的一段代码

private static SomeClass    instance;

public SomeClass getInstance() {
if (null == instance) {
instance = new SomeClass();
}
return instance;
}

然后在Code Review的时候被告知在多线程的情况下,这样写可能会导致
instance
有多个实例。比如下面这种情况:

TimeThread AThread B
t1A1 检查到instance为空
t2B1 检查到instance为空
t3B2 初始化对象
t4A2 初始化对象

第一次的解决方案

于是就想到了为这个方法加锁,如下:

private static SomeClass    instance;

public synchronized SomeClass getInstance() {
if (null == instance) {
instance = new SomeClass();
}
return instance;
}

但是又被提醒这样虽然解决了问题,但是会导致很大的性能开销,而加锁只需要在第一次初始化的时候用到,之后的调用都没必要再进行加锁,于是就了解到了双重检查锁(double checked locking)的办法。

第二次的解决方案

private static SomeClass    instance;

public SomeClass getInstance() {
if (null == instance) {                     // 第一重检查
synchronized (this) {
if (null == instance) {             // 第二重检查
instance = new SomeClass();     // 这里有问题
}
}
}
return instance;
}

这样写的话,运行顺序就成了:

检查变量是否被初始化(不去获得锁),如果已被初始化立即返回这个变量。

获取锁

第二次检查变量是否已经被初始化:如果其他线程曾获取过锁,那么变量已被初始化,返回初始化的变量。否则,初始化并返回变量。

这样,除了初始化的时候会出现加锁的情况,后续的所有调用都会避免加锁而直接返回,从而避免了性能问题,而且看似也解决了同步的问题,然而这样写有个很大的隐患。详细原因如下:

实例化对象的那行代码(标记为有问题的那行),实际上可以分解成以下三个步骤:

分配内存空间

初始化对象

将对象指向刚分配的内存空间

但是有些编译器为了性能的原因,可能会将第二步和第三步进行重排序,顺序就成了:

分配内存空间

将对象指向刚分配的内存空间

初始化对象

现在考虑重排序后,发生了以下这种调用:

TimeThread AThread B
t1A1 检查到instance为空
t2A2 获取锁
t3A3 再次检查到instance为空
t4A4 为instance分配内存空间
t5A5 将instance指向内存空间
t6B1 检查到instance不为空
t7B2 访问instance(对象还未初始化)
t8A6 初始化instance
注意,在这种情况下,t7时刻线程B对instance的访问,访问的是一个初始化未完成的对象!

最终的解决方案

为了解决上述问题,可以在
instance
前加入关键字
volatile
。使用了volatile变量后,就能保证先行发生关。对于volatile变量,所有的写(write)都将先行发生于读(read),但在Java5之前不是这样,所以这样的方法只针对Java5及以上的版本。

private volatile static SomeClass    instance;

public SomeClass getInstance() {
if (null == instance) {
synchronized (Test.class) {
if (null == instance) {
instance = new SomeClass();
}
}
}
return instance;
}

至此,双重检查锁就可以完美工作了。现在实现单例模式也有了别的更好的办法,但个人觉得这样的坑很有教育意义,故做此记录。

参考资料:

双重检查锁定模式

如何在Java中使用双重检查锁实现单例

双重检查锁定与延迟初始化
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