单例 双重检查锁定的重排序问题

博客讨论了Java代码拆分两个线程执行时的问题。线程A分配对象内存、初始化对象等,线程B判断instance是否为空。因重排序,线程B可能访问到未初始化对象。还介绍了基于volatile和类初始化的两种解决方案。

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双重检查锁定代码:
//双重检查锁定
public class DoubleCheckedLocking {
    private static Instance instance;
    public static Instance getInstance() {
        if (instance == null) {                // Single Checked
            synchronized (DoubleCheckedLocking.class) {
                if (instance == null) {        // Double checked
                    instance = new Instance();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

看起来代码没有没问题

拆分两个线程来执行这段代码:

线程A:

A1、分配对象的内存空间

A2、初始化对象

A3、设置instance指向内存空间

A4、访问instance引用的对象

线程B:

B1、判断instance是否为空

B2、由于instance不为空,线程B将访问instance引用的对象

 

由于JAVA内存模型intra-thread semantics将确保A2一定会排在A4前面执行。但是重排序会导致 B1判断instance不为空,B2访问instance将会访问到一个还没初始化的对象。

 

1、基于volatile 可以解决这个问题:

//解决重排序问题
public class DoubleCheckedLocking {
    private volatile static Instance instance;
    public static Instance getInstance() {
        if (instance == null) {                // Single Checked
            synchronized (DoubleCheckedLocking.class) {
                if (instance == null) {        // Double checked
                    instance = new Instance();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

2、基于类初始化的解决方案

    private static class InstanceHolder {
        public static Instance instance = new Instance();

    }

    public static Instance getInstance() {
        return InstanceHolder.instance;
    }

 

### 双重检查锁定的意义及应用场景 双重检查锁定(Double Check Locking, DCL)是一种常见的设计模式,主要用于减少锁的获取开销,同时确保多线程环境下的安全性。其核心思想是在尝试获取锁之前先进行一次轻量级的状态检查,仅在必要时才真正进入同步区域。 #### 1. **意义** DCL 的主要作用在于提高程序性能的同时保持线程安全。具体来说: - 它减少了不必要的锁竞争,因为在大多数情况下不需要加锁即可完成操作。 - 提供了一种延迟初始化机制,使得某些资源只在首次访问时被实化,从而节省内存和计算成本[^1]。 如,在 Java 中实现模式时,可以利用 DCL 来避免每次调用 `getInstance()` 方法都触发同步操作。这样既保证了只有一个实存在,又提高了运行效率。 #### 2. **工作原理** 以下是基于 Java 的典型 DCL 模式实现示: ```java public class Singleton { private static volatile Singleton instance; private Singleton() {} public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { // 第一次检查 synchronized (Singleton.class) { if (instance == null) { // 第二次检查 instance = new Singleton(); // 创建实 } } } return instance; } } ``` 在这个子中: - 外层的第一次检查是为了判断当前是否有已存在的实。如果没有,则进一步进入临界区; - 内部再次确认是因为其他线程可能已经完成了初始化动作,因此需要重新核实状态后再决定是否创建新对象[^2]。 值得注意的是,“`volatile`”关键字在这里起到了至关重要的作用——它防止指令重排序问题的发生,即 JVM 不会将分配给变量的空间地址赋值提前到构造函数执行完毕之前。 #### 3. **适用场景** 该模式适用于那些希望降低并发控制代价但仍然维持一定级别一致性保障的应用场合。比如: - 需要频繁读取却很少更新的数据结构维护; - 动态加载服务组件或者插件系统里按需启动的服务元管理等情形下非常有用。 另外需要注意一点就是虽然 C++标准库提供了原子类型支持来解决类似的竞态条件问题,但在特定硬件架构上仍可能存在潜在隐患,所以引入显式的内存屏障概念成为一种更为稳健的选择[^3]。 --- ###
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