多线程下的单例模式DCL安全机制
写在前面：欢迎来到「发奋的小张」的博客。我是小张，一名普通的在校大学生。在学习之余，用博客来记录我学习过程中的点点滴滴，也希望我的博客能够更给同样热爱学习热爱技术的你们带来收获！希望大家多多关照，我们一起成长一起进步。也希望大家多多支持我鸭，喜欢我就给我一个关注吧！
最近在看阳哥的面试题，在多线程那里深有感触！
相信大家在学习单例模式的时候都写过下面这样的单例模式：
public class SingletonDemo {
private volatile static SingletonDemo instance=null;
private SingletonDemo(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 我是构造方法SingletonDemo()");
}
/**
* @return 单例
*/
public static SingletonDemo getInstance(){//此处的方法可能同一时间被多个线程访问，因此会产生多个对象
if (instance==null){//线程1执行到此处。。。
instance = new SingletonDemo();//线程2执行到此处。。。
}
return instance;//线程3执行到此处。。。
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(()->{
SingletonDemo.getInstance();
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
此时运行会发现，单例模式出现了多个对象！
这个单例模式在单线程模式下没有任何问题，但是在多线程环境中就会出现多个instance对象。
在Java多线程中，我们有时候需要采用延迟初始化来降低初始化类和创建对象的开销。DCL（双端检锁机制）是常见的延迟初始化技术。
此处可能会有人会说，给方法加上锁就可以解决了，但是加锁会导致性能大幅降低，因此是不划算的！
因此，我们可以把上面的单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 我是构造方法SingletonDemo()");
}
/**
* DCL双端检锁机制
* @return 单例
*/
public static SingletonDemo getInstance(){
if (instance==null){//第一次检索，无法防止多线程
synchronized (SingletonDemo.class){//加锁，保证安全性
if (instance==null){//第二次检索
instance = new SingletonDemo();//此处有一个雷
}
}
}
return instance;
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(()->{
SingletonDemo.getInstance();
},String.valueOf(i)).start();
}
}
}
DCL 优势：
上面的代码的好处在这里，如果第一次检查 instance 不为 null ，那么就不需要执行下面的加锁和初始化操作。因此，可以大幅降低synchronized 带来的性能开销。
保证安全性：多个线程试图在同一时间创建对象时，会通过加锁来保证有一个线程创建对象。
保证性能：在对象创建好之后，执行 getInstance() 方法不需要获取锁，直接返回已创建好的对象。
此时测试不会出现多个对象的情况！但是，我们也仅仅是测试了一部分数据，如果用海量的数据测试，会不会出现对个对象呢？
此处的雷就在这个 instance = new SingletonDemo() 这里！
相信接触过volatile的小伙伴都知道，它有三大作用：
- 可见性
- 不保证原子性
- 禁止指令重排
这里，问题的关键就在于指令重排序的问题！
我们都知道，java虚拟机为了提高性能，在底层有一个指令重排序的过程！
因此，这里的DCL并不完美，仍然不能保证多线程下的安全性！
在代码进行第一次检索时，代码读取到 instance 不为 null 时，instance 引用的对象有可能还没有完成初始化。因此还是有可能产生安全问题！
解决DCL的指令重排序的安全问题
我们要解决这个问题，需要对instance对象加一个volatile来禁止它指令重排序！
代码优化如下：
public class SingletonDemo {
private volatile static SingletonDemo instance=null;
private SingletonDemo(){
System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"\t 我是构造方法SingletonDemo()");
}
/**
* DCL双端检锁机制
* @return 单例
*/
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();
}
}
}
此时的单例模式在多线程下的DCL双重检测机制才算是线程安全的！
博主后记：
此处的指令重排序博主在这里不详细介绍了，因为涉及到jvm的底层知识点，以及汇编语言和操作系统的知识，博主心知肚明道不清/(ㄒoㄒ)/~~！感兴趣的小伙伴可以自行上网查询相关资料！