多線程下雙重檢查鎖的問題及解決方法

 單例模式中有一種實現方式叫雙重檢查鎖，主要是爲了更好、更安全的實現單例功能。先來看一下該方法的核心代碼：  

<span style="font-size:18px;">public  class DoubleCheckedLocking{
  private static Instance instance;

  public static Instance getInstance(){
    if(instance ==null){
      synchronized (DoubleCheckedLocking.class){
        if(instance ==null)
          instance=new Instance();                  //①
      }
    }
    return instance;
  }
}</span>

   表面上來看，在執行該代碼時，先判斷instance對象是否爲空，爲空時再進行初始化對象。即使是在多線程環境下，因爲使用了synchronized鎖進行代碼同步，該方法也僅僅創建一個實例對象。但是，從根本上來說，這樣寫還是存在一定問題的。

  問題源頭：

   上述代碼標號爲①的代碼功能是是創建實例對象，可以分解爲如下僞代碼步驟： 

<span style="font-size:18px;">memory = allocate() ;    //分配對象的內存空間
ctorInstance(memory);   //②初始化對象
instance=memory;        //③設置instance指向剛分配的內存地址</span>

  其中②和③之間，在某些編譯器編譯時，可能出現重排序（主要是爲了代碼優化），此時的代碼如下：  

<span style="font-size:18px;">memory = allocate() ;    //分配對象的內存空間
instance=memory;        //③設置instance指向剛分配的內存地址
ctorInstance(memory);   //②初始化對象
</span>

   單線程下執行時序圖如下：

 

   多線程下執行時序圖：

   

   由於單線程中遵守intra-thread semantics，從而能保證即使②和③交換順序後其最終結果不變。但是當在多線程情況下，線程B將看到一個還沒有被初始化的對象，此時將會出現問題。

   解決方案：

    1、不允許②和③進行重排序

    2、允許②和③進行重排序，但排序之後，不允許其他線程看到。

   基於volatile的解決方案

    對前面的雙重鎖實現的延遲初始化方案進行如下修改：   

<span style="font-size:18px;">public  class DoubleCheckedLocking{</span>
<span style="font-size:18px;">  private volatile static Instance instance;

  public static Instance getInstance(){
    if(instance ==null){
      synchronized (DoubleCheckedLocking.class){
        if(instance ==null)
          instance=new Instance();                  //用volatile修飾，不會再出現重排序
      }
    }
    return instance;
  }
}</span>

   使用volatile修飾instance之後，之前的②和③之間的重排序將在多線程環境下被禁止，從而保證了線程安全執行。

   注意：這個解決方案需要JDK5或更高版本（因爲從JDK5開始使用新的JSR-133內存模型規範，這個規範增強了volatile的語義）

  基於類初始化的解決方案

   JVM在類的初始化階段（即在Class被加載後，且被線程使用之前），會執行類的初始化。在執行類的初始化期間，JVM會去獲取一個鎖。這個鎖可以同步多個線程對同一個類的初始化。基於這個特性，可以實現另一種線程安全的延遲初始化方案。    

<span style="font-size:18px;">public class InstanceFactory {
    private static class InstanceHolder {
        public static Instance instance = new Instance();
    }

    public static Instance getInstance() {
        return InstanceHolder.instance ;  //這裏將導致InstanceHolder類被初始化
    }
}</span>

   執行的示意圖：   

   該方案的實質是，允許②和③進行重排序，但不允許非構造線程（此處是B線程）“看到”這個重排序。

原鏈接：點擊