在Java程序中,有时候可能需要推迟一些高开销的对象初始化操作,并且只有在使用这些对象时才进行初始化 。这称为延迟初始化或懒加载
看一个不安全的延迟初始化:
class UnsafeLazyInitialization {
private static Instance instance;
public static Instance getInstance() {
if (instance == null) // 1:A线程执行
instance = new Instance(); // 2:B线程执行
return instance;
}
}
A线程执行1后,发现对象instance为null,准备对其new,而B线程却先new了,这造成了错误
我们可以利用同步锁,保证正确:
class SafeLazyInitialization {
private static Instance instance;
public synchronized static Instance getInstance() {
if (instance == null)
instance = new Instance();
return instance;
}
}
但是对整个方法进行同步开销太大,人们想出了双重检查锁定:
class DoubleCheckedLocking { // 1
private static Instance instance; // 2
public static Instance getInstance() { // 3
if (instance == null) { // 4:第一次检查
synchronized (DoubleCheckedLocking.class) { // 5:加锁
if (instance == null) // 6:第二次检查
instance = new Instance(); // 7:问题的根源出在这里
} // 8
} // 9
return instance; // 10
} // 11
}
最小范围所用同步锁,利用双重检查看似实现了目的,但这出现了一个问题:当A线程4执行时,线程B的7还未执行完成,而线程A判定instance != null. 线程B的7还未执行完成,为什么会出现这种情况?
看一下new Instance()的底层关键实现:
memory = allocate(); // 1:分配对象的内存空间
ctorInstance(memory); // 2:初始化对象
instance = memory; // 3:设置instance指向刚分配的内存地址
其实是先执行1分配内存,然后再初始化对象和设置instance.然后这里存在重排,2和3的顺序可能被调换:
memory = allocate(); // 1:分配对象的内存空间
instance = memory; // 3:设置instance指向刚分配的内存地址
// 注意,此时对象还没有被初始化!
ctorInstance(memory); // 2:初始化对象
所以当B还执行完7时,A在4判定instance对象已经完成初始化了,如果在ctorInstance(memory)之前去调用instance就会出错。
解决办法有两个:
1.将instance对象声明为volatile,它会禁止2,3的重排
class SafeDoubleCheckedLocking {
private volatile static Instance instance;
public static Instance getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (SafeDoubleCheckedLocking.class) {
if (instance == null)
instance = new Instance(); // instance为volatile,现在没问题了
}
}r
eturn instance;
}
}
2.利用基于类初始化的解决方案 :JVM在类的初始化阶段(即在Class被加载后,且被线程使用之前),会执行类的初始化。在执行类的初始化期间,JVM会去获取一个锁。这个锁可以同步多个线程对同一个类的初始化
class InstanceFactory {
private static class InstanceHolder {
public static Instance instance = new Instance(); //因为加锁,保证了可见性
}
public static Instance getInstance() {
return InstanceHolder.instance ; // 这里将导致InstanceHolder类被初始化
}
}
我们会发现基于类初始化的方案的实现代码更简洁。但基于volatile的双重检查锁定的方案有一个额外的优势:除了可以对静态字段实现延迟初始化外,还可以对实例字段实现延迟初始化。字段延迟初始化降低了初始化类或创建实例的开 销,但增加了访问被延迟初始化的字段的开销。在大多数时候,正常的初始化要优于延迟初始化。如果确实需要对实例字段使用线程安全的延迟初始化,请使用上面介绍的基于volatile的延迟初始化的方案;如果确实需要对静态字段使用线程安全的延迟初始化,请使用上面介绍的基于类初始化的方案。