单例模式的DCL加volatile保证线程安全及高并发

本文探讨了在实现单例模式时,如何利用DCL(Double Check Lock)和volatile关键字来保证线程安全。由于指令重排可能导致线程安全问题,volatile能禁止这种优化,确保在多线程环境下正确初始化单例对象。

先上Demo

public class SingletonDemo {

    private static volatile SingletonDemo instance =null;

    private SingletonDemo(){
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 我是构造方法SingletonDemo");
    }
//DCL (Double Check Lock双端检锁机制)
    public  static SingletonDemo getInstance(){
        if (instance == null) {
            synchronized (SingletonDemo.class){
                if (instance == null) {
                    instance = new SingletonDemo();
                }
            }
        }
        return instance;
    }

    public static void main(String[] args) {
        //main线程的操作动作
        System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
        System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
        System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
        //并发多线程后,情况发生了变化
        for(int i = 1;i <= 100; i++){
            new Thread(()->{
                SingletonDemo.getInstance();
            },String.valueOf(i)).start();
        }
    }
}

上述代码采用了DCL(Double Check Lock)的双端检锁机制,但是还是不能保证线程安全,原因是由指令重排序的存在,加入volatile可以禁止指令重排

  原因在于某一个线程执行到第一次检测,读取到的instance不为null时,instance的引用对象可能没有完成初始化。

instance = new SingletonDemo();可能会分为以下三步(伪代码):

  1. memory = allocate();//分配对象内存空间
  2. instance(memory); //初始化对象
  3. instance = memory;//设置instance执行刚分配的内存地址,此时instance != null

步骤2和步骤3不存在数据依赖关系,而且无论重排前还是重排后程序的执行结果在单线程中并没有改变,因此这种重排优化是允许的

  1. memory = allocate();//分配对象内存空间
  2. instance = memory;//设置instance执行刚分配的内存地址,此时instance != null,但是对象还没有完成初始化
  3. instance(memory); //初始化对象

但是指令重排只会保证串行语义的执行一致性(单线程),但并不会关心多线程间的语义一致性、

所以当一条线程访问instance不为null时,由于instance实例未必已完成初始化,也就造成了线程安全问题。

 所以在  private static volatile SingletonDemo instance =null; 加volatile

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