[java][單例模式]雙重檢查鎖

單例模式

單例模式（singleton），保證一個類僅有一個實例，並提供一個訪問它的全局訪問點。

雙重檢查鎖出現在單例模式中，單例模式分爲餓漢模式和懶漢模式.

• 這種靜態初始化的方式是在自己被加載時就將自己實例化，所以被形象地稱之爲餓漢式單例類。
• 這種在第一次被引用時，纔會將自己實例化，所以就被稱爲懶漢式單例類。

錯誤示例

在實現懶漢單例模式時，如果未考慮多線程的情況，就容易寫出下面的錯誤代碼：

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            uniqueSingleton = new Singleton();
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

在多線程的情況下，這樣寫可能會導致uniqueSingleton有多個實例。比如下面這種情況，考慮有兩個線程同時調用getInstance()：

Time	Thread A	Thread B
T1	檢查到uniqueSingleton爲空
T2		檢查到uniqueSingleton爲空
T3		初始化對象A
T4		返回對象A
T5	初始化對象B
T6	返回對象B

可以看到，uniqueSingleton被實例化了兩次並且被不同對象持有。完全違背了單例的初衷。

加鎖

出現這種情況，第一反應就是加鎖，如下：

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            uniqueSingleton = new Singleton();
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

這樣雖然解決了問題，但是因爲用到了synchronized，會導致在每次獲取實例時都有很大的性能開銷，我們希望的是只需要在第一次初始化的時候用到加鎖，之後的調用都沒必要再進行加鎖。

雙重檢查鎖

雙重檢查鎖（double checked locking）是對上述問題的一種優化。先判斷對象是否已經被初始化，再決定要不要加鎖。

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (null == uniqueSingleton) {
                    uniqueSingleton = new Singleton();   // error
                }
            }
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

如果這樣寫，運行順序就成了：

1. 檢查變量是否被初始化，如果已被初始化則立即返回。
2. 獲取鎖。
3. 再次檢查變量是否已經被初始化，如果還沒被初始化就初始化一個對象。

執行雙重檢查是因爲，如果多個線程同時了通過了第一次檢查，並且其中一個線程首先通過了第二次檢查並實例化了對象，那麼剩餘通過了第一次檢查的線程就不會再去實例化對象。
這樣，除了初始化的時候會出現加鎖的情況，後續的所有調用都會避免加鎖而直接返回，解決了性能消耗的問題。

隱患

上述寫法看似解決了問題，但是有個很大的隱患。實例化對象的那行代碼（標記爲error的那行），實際上可以分解成以下三個步驟：

1. 分配內存空間
2. 初始化對象
3. 將對象指向剛分配的內存空間

但是有些編譯器爲了性能的原因，可能會將第二步和第三步進行重排序，順序就成了：1/3/2.
在這種情況下，線程B對uniqueSingleton的訪問，訪問的是一個初始化未完成的對象。

正確的雙重檢查鎖

public class Singleton {
    private volatile static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (null == uniqueSingleton) {
                    uniqueSingleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

爲了解決上述問題，需要在uniqueSingleton前加入關鍵字volatile。使用了volatile關鍵字後，重排序被禁止，所有的寫（write）操作都將發生在讀（read）操作之前。
至此，雙重檢查鎖就可以完美工作了。

參考資料：
雙重檢查鎖定模式
如何在Java中使用雙重檢查鎖實現單例
雙重檢查鎖定與延遲初始化

轉載自https://www.cnblogs.com/xz816111/p/8470048.html