线程安全的单例模式是否真的安全

线程安全的单例模式是否真的安全

上次我们谈了一些关于JAVA中锁级别的问题，这一次和大家聊一聊JAVA中常见的单例模式，并且指出常见的线程安全的单例模式所存在的一些问题，并对问题给出部分解答。
首先，单例模式是我们常用和常见的经典设计模式之一，但是由于在JAVA中，多线程问题往往会引起单例模式的水土不服，所以，我们就见到了线程安全的单例模式，首先一种单例模式如下所示：

public class SafeInitialization{
    private static Instance instance;

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

在上述代码中，我们对getInstance进行了加锁处理，但是synchronized将导致性能开销，如果存在多个线程频繁的调用getInstance方法，那么将会导致执行性能的下降，所以又出现的一种以“双重检查锁定”为原理的线程安全的单例模式，如下所述：

public class SafeInitialization{
    private static Instance instance;

    public static Instance getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SafeInitialization.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Instance();       
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

如代码所示：如果第一次检查对象不为null，则直接返回对象引用，就不需要执行下面的加锁操作，就可以大大的减小性能损耗，这也是我们常见的线程安全的单例模式，但是其实事实是上面的优化是错误的。根本原因发生在对象创建过程中：

instance = new Instance();

为什么这里会有错误呢，原因是这样的：
首先，一个对象的创建需要经历一下三步：

memory = allcoate(); //1.分配对象的内存空间
initInstance(memory);//2.初始化对象
instance = memory;   //3.设置指针instance指向内存空间

其实如果上面三步顺序执行将不会出现问题，但是由于处理器和编译器存在重排序优化（具体内容会在之后的博客中做阐述），所以将会导致多线程之间的instance引用同步问题。比如下面一种情况就是重排序问题：

memory = allcoate(); //1.分配对象的内存空间
instance = memory;   //3.设置指针instance指向内存空间，注意这时对象并未被初始化
initInstance(memory);//2.初始化对象

所以当线程B来访问：if(instance == null)时，线程B拿到的是一个不为null的instance引用，所以会直接返回，当线程B使用instance引用做处理时，就会出现问题。
那么我们有没有什么方法去解决这个问题呢，答案当然是有的，今天我们只阐述原理较为简单的一种，第二种留待之后讲解。
其实修改很简单，如下：

public class SafeInitialization{
    private volatile static Instance instance;

    public static Instance getInstance(){
        if(instance == null){
            synchronized (SafeInitialization.class){
                if(instance == null){
                    instance = new Instance();       
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

只需要对instance加volatile锁定就可以了，可以这样理解initInstance(memory); 是在对memory 进行写操作，instance = memory; 是在对memory进行读操作，由于对象使用volatile进行了修饰，编译器和处理器对于volatile对象的先写后读是不允许进行重排序的，所以相当于是禁止了重排序问题，重排序问题解决之后就不会出现上面的问题了。所以就可以实现绝对安全的重排序。
事实上，上面的问题出现的几率并不大，因为这种重排序只会在少数的一些JIT编译器上发生，所以作为一个程序员，真的是必须不断学习啊。。。。。。