java:延迟加载实现方案对比：双重检查锁定 vs 原子化条件更新

原创于 2025-12-12 11:20:29 发布 · 509 阅读

3 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#java #延迟加载 #双重检查锁定

java 专栏收录该内容

258 篇文章

订阅专栏

在多线程编程中，延迟加载是一种常见的优化策略，它可以推迟对象的创建直到首次使用时。这种方式尤其适用于创建成本较高的对象或者可能在整个程序生命周期中并未使用的对象。本文将深入探讨两种在 Java 中实现线程安全延迟加载的方案：经典的双重检查锁定（Double-Checked Locking）和现代的原子化条件更新（Atomic Conditional Update）。

场景示例

假设我们需要实现一个线程安全的 Redis 参数管理类，该类在首次访问时初始化参数（redisParam），并且只初始化一次：

class RedisManagement {
    private final AtomicReference<ImmutableMap<MQParam,String>> redisParam = new AtomicReference<>();
    
    // 参数初始化相关方法
    private String getRedisURI() { /* ... */ }
    private String createCmdChannel() { /* ... */ }
    private String createLogMonitorChannel() { /* ... */ }
    private String createHeartbeatMonitorChannel() { /* ... */ }
}

方案一：双重检查锁定（Double-Checked Locking）

双重检查锁定是实现延迟初始化的经典模式，它通过两次检查来避免不必要的同步开销。

实现示例

protected Map<MQParam,String> getRedisParameters(){
    // 第一次检查：避免不必要的同步
    if (redisParam.get() == null) {
        // 同步块确保线程安全
        synchronized (redisParam) {
            // 第二次检查：确保只初始化一次
            if (redisParam.get() == null) {
                Builder<MQParam, String> builder = ImmutableMap.<MQParam,String>builder()
                    .put(MQParam.REDIS_URI, getRedisURI())
                    .put(MQParam.CMD_CHANNEL, createCmdChannel())
                    .put(MQParam.LOG_MONITOR_CHANNEL, createLogMonitorChannel())
                    .put(MQParam.HB_MONITOR_CHANNEL, createHeartbeatMonitorChannel())
                    .put(MQParam.HB_INTERVAL, CONFIG.getInteger(HEARTBEAT_INTERVAL, DEFAULT_HEARTBEAT_PERIOD).toString())
                    .put(MQParam.HB_EXPIRE, CONFIG.getInteger(HEARTBEAT_EXPIRE, DEFAULT_HEARTBEAT_EXPIRE).toString());
                
                if(!Strings.isNullOrEmpty(webredisURL)){
                    builder.put(MQParam.WEBREDIS_URL, webredisURL);
                }
                
                // 设置初始化后的值
                redisParam.set(builder.build());
                
                // 执行一次性副作用操作（如日志记录）
                GlobalConfig.logRedisParameters(
                    JedisPoolLazys.NAMED_POOLS.getDefaultPool().getParameters());
            }
        }
    }
    return redisParam.get();
}

优点

性能优化：对象初始化后，后续访问不再需要同步开销
意图明确：这是一种广为人知的设计模式，大多数 Java 开发者都能理解
精细控制：可以精确控制何时执行副作用操作（如日志记录）

缺点

代码冗长：需要显式的 null 检查和同步块
容易出错：实现时容易遗漏 volatile 关键字或其他细节
样板代码：存在大量重复的检查和同步代码

方案二：原子化条件更新（Atomic Conditional Update）

这是一种更现代化的方法，利用 AtomicReference 的原子操作来实现线程安全的延迟初始化。

实现示例

protected Map<MQParam,String> getRedisParameters(){
    return redisParam.updateAndGet(v -> {
        // 只有在值为 null 时才执行初始化逻辑
        if (v == null) {
            Builder<MQParam, String> builder = ImmutableMap.<MQParam,String>builder()
                .put(MQParam.REDIS_URI, getRedisURI())
                .put(MQParam.CMD_CHANNEL, createCmdChannel())
                .put(MQParam.LOG_MONITOR_CHANNEL, createLogMonitorChannel())
                .put(MQParam.HB_MONITOR_CHANNEL, createHeartbeatMonitorChannel())
                .put(MQParam.HB_INTERVAL, CONFIG.getInteger(HEARTBEAT_INTERVAL, DEFAULT_HEARTBEAT_PERIOD).toString())
                .put(MQParam.HB_EXPIRE, CONFIG.getInteger(HEARTBEAT_EXPIRE, DEFAULT_HEARTBEAT_EXPIRE).toString());
            
            if(!Strings.isNullOrEmpty(webredisURL)){
                builder.put(MQParam.WEBREDIS_URL, webredisURL);
            }
            
            // 执行一次性副作用操作（如日志记录）
            GlobalConfig.logRedisParameters(
                JedisPoolLazys.NAMED_POOLS.getDefaultPool().getParameters());
            
            // 返回新构建的对象
            return builder.build();
        }
        // 否则返回原有值
        return v;
    });
}

工作原理分析

根据 OpenJDK 的实现，AtomicReference.updateAndGet方法的核心逻辑如下：

public final V updateAndGet(UnaryOperator<V> updateFunction) {
    V prev, next;
    do {
        prev = get();
        next = updateFunction.apply(prev);
    } while (!compareAndSet(prev, next));
    return next;
}