轉一篇Java DCL的文章

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1 前言

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單例模式是我們經常使用的一種模式，一般來說很多資料都建議我們寫成如下的模式：

/**
 * Created by qiyei2015 on 2017/5/13.
 */
public class Instance {
    private String str = "";
    private int a = 0;

    private static Instance ins = null;
    /**
     * 構造方法私有化
     */
    private Instance(){
        str = "hello";
        a = 20;
    }
    
    /**
     * DCL方式獲取單例
     * @return
     */
    public static Instance getInstance(){
        if (ins == null){
            synchronized (Instance.class){
                if (ins == null){
                    ins = new Instance();
                }
            }
        }
        return ins;
    }
    
}

但是這種方式其實是有缺陷的，具體什麼缺陷呢？我們首先要了解JVM了內存模型，請看下面分析

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2 JVM內存模型

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JVM模型如下圖：
這裏寫圖片描述

這裏着重介紹下VM Stack,其他的我相信都比較熟悉。
VM Stack是線程私有的區域。他是java方法執行時的字典：它裏面記錄了局部變量表、 操作數棧、 動態鏈接、 方法出口等信息。

在《java虛擬機規範》一書中對這部分的描述如下：

棧幀（ Frame）是用來存儲數據和部分過程結果的數據結構，同時也被用來處理動態鏈接 (Dynamic Linking)、 方法返回值和異常分派（ Dispatch Exception）。
棧幀隨着方法調用而創建，隨着方法結束而銷燬——無論方法是正常完成還是異常完成（拋出了在方法內未被捕獲的異常）都算作方法結束。
棧幀的存儲空間分配在 Java 虛擬機棧（ §2.5.5）之中，每一個棧幀都有自己的局部變量表（ Local Variables， §2.6.1）、操作數棧（ OperandStack， §2.6.2）和指向當前方法所屬的類的運行時常量池（ §2.5.5）的引用。

java中某個線程在訪問堆中的線程共享變量時，爲了加快訪問速度，提升效率，會把該變量臨時拷貝一份到自己的VM Stack中，並保持和堆中數據的同步。

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3 傳統DCL方式的缺陷

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有了以上的基礎知識我們就可以知道DCL方式的缺陷在哪兒了。當線程A在獲取了Instance.class鎖時，對ins進行 ins = new Instance() 初始化時，由於這是很多條指令，jvm可能會亂序執行。這個時候如果線程B在執行if (ins == null)時，正常情況下，如果爲true，說明需要獲取Instance.class鎖，等待初始化。但是這時候，假設線程A再沒有對ins進行初始化完，比如只對str進行了賦值，還沒有來的及對a進行賦值，假如jvm將未完成賦值的值拷貝回堆中，這個時候線程B有可能讀到的值就不是爲null了，就會造成數據丟失的情況。這時候我們發現線程B獲取的對象中a的值是0，而不是20

因爲：對ins的寫操作不 happen-before 對它的讀操作

這就是DCL方式的缺陷，那麼怎麼避免呢？首先我們需要了解分析多線程的一大利器

4 happen-before原則

Happen-Before規則：

1 同一個線程中，書寫在前面的操作happen-before書寫在後面的操作。這條規則是說，在單線程 中操作間happen-before關係完全是由源代碼的順序決定的，這裏的前提“在同一個線程中”是很重要的，這條規則也稱爲單線程規則 。這個規則多少說得有些簡單了，考慮到控制結構和循環結構，書寫在後面的操作可能happen-before書寫在前面的操作，不過我想讀者應該明白我的意思。
2 對鎖的unlock操作happen-before後續的對同一個鎖的lock操作。這裏的“後續”指的是時間上的先後關係，unlock操作發生在退出同步塊之後，lock操作發生在進入同步塊之前。這是條最關鍵性的規則，線程安全性主要依賴於這條規則。但是僅僅是這條規則仍然不起任何作用，它必須和下面這條規則聯合起來使用才顯得意義重大。這裏關鍵條件是必須對“同一個鎖”的lock和unlock。
如果操作A happen-before操作B，操作B happen-before操作C，那麼操作A happen-before操作C。這條規則也稱爲傳遞規
3 對volatile字段的寫操作happen-before後續的對同一個字段的讀操作.（Java5 新增）

4 單例模式的正確寫法

有了以上的分析我們知道，我們只需要在保證對ins的訪問是讀在寫之後即可，因此正確的做法是在ins 前加上一個關鍵字volatile。因此DCL的正確寫法應該如下：

/**
 * Created by qiyei2015 on 2017/5/13.
 */
public class Instance {
    private String str = "";
    private int a = 0;

    private volatile static Instance ins = null;
    /**
     * 構造方法私有化
     */
    private Instance(){
        str = "hello";
        a = 20;
    }

    /**
     * DCL方式獲取單例
     * @return
     */
    public static Instance getInstance(){
        if (ins == null){
            synchronized (Instance.class){
                if (ins == null){
                    ins = new Instance();
                }
            }
        }
        return ins;
    }

}

其實單例模式也有另一種我很喜歡的寫法，那就是內部類：

/**
 * Created by qiyei2015 on 2017/5/13.
 */
public class Instance {

    /**
     * 構造方法私有化
     */
    private Instance(){
    }
    
    private static class SingleHolder{
        private static final Instance ins = new Instance();
    }

    /**
     * 內部類方式獲取單例
     * @return
     */
    public static Instance getInstance(){
        return SingleHolder.ins;
    }
    
}

這種從jvm虛擬機上保證了單例，並且也是懶式加載。

原文轉自：https://blog.csdn.net/qiyei2009/article/details/71813069