多線程下的單例模式DCL安全機制
寫在前面：歡迎來到「發奮的小張」的博客。我是小張，一名普通的在校大學生。在學習之餘，用博客來記錄我學習過程中的點點滴滴，也希望我的博客能夠更給同樣熱愛學習熱愛技術的你們帶來收穫！希望大家多多關照，我們一起成長一起進步。也希望大家多多支持我鴨，喜歡我就給我一個關注吧！
最近在看陽哥的面試題，在多線程那裏深有感觸！
相信大家在學習單例模式的時候都寫過下面這樣的單例模式：
public class SingletonDemo {
private volatile static SingletonDemo instance=null;
private SingletonDemo(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 我是構造方法SingletonDemo()");
}
/**
* @return 單例
*/
public static SingletonDemo getInstance(){//此處的方法可能同一時間被多個線程訪問，因此會產生多個對象
if (instance==null){//線程1執行到此處。。。
instance = new SingletonDemo();//線程2執行到此處。。。
}
return instance;//線程3執行到此處。。。
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(()->{
SingletonDemo.getInstance();
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
此時運行會發現，單例模式出現了多個對象！
這個單例模式在單線程模式下沒有任何問題，但是在多線程環境中就會出現多個instance對象。
在Java多線程中，我們有時候需要採用延遲初始化來降低初始化類和創建對象的開銷。DCL（雙端檢鎖機制）是常見的延遲初始化技術。
此處可能會有人會說，給方法加上鎖就可以解決了，但是加鎖會導致性能大幅降低，因此是不划算的！
因此，我們可以把上面的單例模式改造成如下形式：
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance=null;
private SingletonDemo(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 我是構造方法SingletonDemo()");
}
/**
* DCL雙端檢鎖機制
* @return 單例
*/
public static SingletonDemo getInstance(){
if (instance==null){//第一次檢索，無法防止多線程
synchronized (SingletonDemo.class){//加鎖，保證安全性
if (instance==null){//第二次檢索
instance = new SingletonDemo();//此處有一個雷
}
}
}
return instance;
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(()->{
SingletonDemo.getInstance();
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
DCL 優勢：
上面的代碼的好處在這裏，如果第一次檢查 instance 不爲 null ，那麼就不需要執行下面的加鎖和初始化操作。因此，可以大幅降低synchronized 帶來的性能開銷。
保證安全性：多個線程試圖在同一時間創建對象時，會通過加鎖來保證有一個線程創建對象。
保證性能：在對象創建好之後，執行 getInstance() 方法不需要獲取鎖，直接返回已創建好的對象。
此時測試不會出現多個對象的情況！但是，我們也僅僅是測試了一部分數據，如果用海量的數據測試，會不會出現對個對象呢？
此處的雷就在這個 instance = new SingletonDemo() 這裏！
相信接觸過volatile的小夥伴都知道，它有三大作用：
- 可見性
- 不保證原子性
- 禁止指令重排
這裏，問題的關鍵就在於指令重排序的問題！
我們都知道，java虛擬機爲了提高性能，在底層有一個指令重排序的過程！
因此，這裏的DCL並不完美，仍然不能保證多線程下的安全性！
在代碼進行第一次檢索時，代碼讀取到 instance 不爲 null 時，instance 引用的對象有可能還沒有完成初始化。因此還是有可能產生安全問題！
解決DCL的指令重排序的安全問題
我們要解決這個問題，需要對instance對象加一個volatile來禁止它指令重排序！
代碼優化如下：
public class SingletonDemo {
private volatile static SingletonDemo instance=null;
private SingletonDemo(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 我是構造方法SingletonDemo()");
}
/**
* DCL雙端檢鎖機制
* @return 單例
*/
public static SingletonDemo getInstance(){
if (instance==null){
synchronized (SingletonDemo.class){
if (instance==null){
instance = new SingletonDemo();
}
}
}
return instance;
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(()->{
SingletonDemo.getInstance();
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
此時的單例模式在多線程下的DCL雙重檢測機制纔算是線程安全的！
博主後記：
此處的指令重排序博主在這裏不詳細介紹了，因爲涉及到jvm的底層知識點，以及彙編語言和操作系統的知識，博主心知肚明道不清/(ㄒoㄒ)/~~！感興趣的小夥伴可以自行上網查詢相關資料！