雙重檢查鎖定模式Java中的陷阱案例

更新時(shí)間：2021年10月22日 10:21:13 作者：onlythinking

這篇文章主要介紹了雙重檢查鎖定模式Java中的陷阱，雙重檢查鎖定（也叫做雙重檢查鎖定優(yōu)化）是一種軟件設(shè)計(jì)模式，它的作用是減少延遲初始化在多線程環(huán)境下獲取鎖的次數(shù)，尤其是單例模式下比較突出，想具體了解的小伙伴可以參考下面文章內(nèi)容，附呦詳細(xì)的舉例說明

1、簡介

雙重檢查鎖定（也叫做雙重檢查鎖定優(yōu)化）是一種軟件設(shè)計(jì)模式。

它的作用是減少延遲初始化在多線程環(huán)境下獲取鎖的次數(shù)，尤其是單例模式下比較突出。

軟件設(shè)計(jì)模式：解決常用問題的通用解決方案。編程中針對(duì)一些常見業(yè)務(wù)固有的模版。

延遲初始化：在編程中，將對(duì)象的創(chuàng)建，值計(jì)算或其他昂貴過程延遲到第一次使用時(shí)進(jìn)行。

單例模式：在一定范圍內(nèi)，只生成一個(gè)實(shí)例對(duì)象。

2、Java中的雙重檢查鎖定

單例模式我們需保證實(shí)例只初始化一次。

下面例子在單線程環(huán)境奏效，多線程環(huán)境下會(huì)有線程安全問題（instance被初始化多次）。

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

下面例子主要是性能問題。首先加鎖操作開銷很大，因?yàn)榫€程安全發(fā)生在對(duì)象初始化，而這里做了做了全局控制，造成浪費(fèi)。

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

為了控制線程安全又能保證性能，雙重檢查鎖定模式出現(xiàn)。

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

邏輯如下：

我們分析一下執(zhí)行邏輯：

假設(shè)有三個(gè)線程 T1 T2 T3 ，依次訪問 getInstance 方法。

T1 第一次檢查為Null 進(jìn)入同步塊，T1持有鎖，第二次檢查為Null 執(zhí)行對(duì)象創(chuàng)建。
T2 第一次檢查為Null 進(jìn)入同步塊，T2等待T1釋放鎖，鎖釋放后，T2進(jìn)入執(zhí)行第二次檢查不為Null，返回實(shí)例對(duì)象。
T3 第一次檢查不為Null，直接返回對(duì)象。

上面一切似乎很完美，但是這里面存在陷阱。根據(jù)Java內(nèi)存模型我們知道，編譯器優(yōu)化處理會(huì)進(jìn)行重排序。

instance = new Singleton() 大體分兩個(gè)步驟；

1 創(chuàng)建初始化對(duì)象；
2 引用賦值。

而 1 2 步驟可能顛倒，會(huì)造成對(duì)象屬性在初始化前調(diào)用的錯(cuò)誤。

private static Singleton instance;
...
instance = new Singleton();
...
  
public class Singleton {
    private int age;
    public Singleton() {
        this.age = 80;
    }
}

這種細(xì)微的錯(cuò)誤不容易出現(xiàn)，但是它的確存在。大家可以參考下面這份報(bào)告，里面詳細(xì)記錄這個(gè)問題。

http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html

3、列舉方案

報(bào)告里面也列舉了幾種解決方案

3.1 利用 ThreadLocal

private static final ThreadLocal<Singleton> threadInstance = new ThreadLocal<>();
public static Singleton getInstance() {
    if (null == threadInstance.get()) {
        createInstance();
    }
    return instance;
}
private static void createInstance() {
    synchronized (Singleton.class) {
        if (instance == null)
            instance = new Singleton();
    }
    threadInstance.set(instance);
}

3.2 利用volatile（解決重排序問題）

private volatile static Singleton instance;
public static Singleton getInstance() {
    if (null == instance) {
        synchronized (Singleton.class) {
            if (null == instance) {
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance;
}

下面是不同方案下的性能比較報(bào)告

http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DCL-performance.html