DCL 和 乱序

在很多设计模式的书籍中，我们都可以看到类似下面的单例模式的实现代码，一般称为Double-checked locking（DCL）

01	public class Singleton {

02

03	private static Singleton instance;

04

05	private Singleton() {

06	// do something

07

}

08

09	public static Singleton getInstance() {

10	if (instance == null) {//1

11	synchronized (Singleton.class) {//2

12	if (instance == null) {//3

13	instance = new Singleton();//4

14

}

15

}

16

}

17	return instance;

18

}

19

}

这样子的代码看起来很完美，可以解决instance的延迟初始化。只是，事实往往不是如此。

问题在于instance = new Singleton();这行代码。

在我们看来，这行代码的意义大概是下面这样子的

 

 

	mem = allocate();             //收集内存
ctorSingleton(mem);      //调用构造函数
instance = mem;               //把地址传给instance

 

这行代码在Java虚拟机（JVM）看来，却可能是下面的三个步骤（乱序执行的机制）：

 

	mem = allocate();             //收集内存
instance = mem;               //把地址传给instance

	ctorSingleton(instance);      //调用构造函数

 

下面我们来假设一个场景。

1. 线程A调用getInstance函数并且执行到//4。但是线程A只执行到赋值语句，还没有调用构造函数。此时，instance已经不是null了，但是对象还没有初始化。
2. 很不幸线程A这时正好被挂起。
3. 线程B获得执行的权力，然后也开始调用getInstance。线程B在//1发现instance已经不是null了，于是就返回对象了，但是这个对象还没有初始化，于是对这个对象进行操作就出错了。

问题就出在instance被提前初始化了。

解决方案一，不使用延迟加载：

01	public class Singleton {

02

03	private static Singleton instance = new Singleton();

04

05	private Singleton() {

06	// do something

07

}

08

09	public static Singleton getInstance() {

10	return instance;

11

}

12

}

JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕。

解决方案二，利用一个内部类来实现延迟加载：

01	public class Singleton {

02

03	private Singleton() {

04	// do something

05

}

06

07	private static class SingletonContainer {

08	private static Singleton instance = new Singleton();

09

}

10

11	public static Singleton getInstance() {

12	return SingletonContainer.instance;

13

}

14

}

这两种方案都是利用了JVM的类加载机制的互斥。

方案二的延迟加载实现是因为，只有在第一次调用Singleton.getInstance()函数时，JVM才会去加载SingletonContainer，并且初始化instance。

不只Java存在这个问题，C/C++由于CPU的乱序执行机制，也同样存在这样的问题。