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Java双重检查锁 Java中双重检查锁(double checked locking)的正确实现

Decouple   2021-09-14 我要评论
想了解Java中双重检查锁(double checked locking)的正确实现的相关内容吗Decouple在本文为您仔细讲解Java双重检查锁的相关知识和一些Code实例欢迎阅读和指正我们先划重点:java双重检查锁的问题,java单例模式双重检查锁,java双重锁单例模式下面大家一起来学习吧

前言

在实现单例模式时如果未考虑多线程的情况就容易写出下面的错误代码:

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            uniqueSingleton = new Singleton();
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

在多线程的情况下这样写可能会导致uniqueSingleton有多个实例比如下面这种情况考虑有两个线程同时调用getInstance():

Time Thread A Thread B
T1 检查到uniqueSingleton为空
T2 检查到uniqueSingleton为空
T3 初始化对象A
T4 返回对象A
T5 初始化对象B
T6 返回对象B

可以看到uniqueSingleton被实例化了两次并且被不同对象持有完全违背了单例的初衷

加锁

出现这种情况第一反应就是加锁如下:

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

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

这样虽然解决了问题但是因为用到了synchronized会导致很大的性能开销并且加锁其实只需要在第一次初始化的时候用到之后的调用都没必要再进行加锁

双重检查锁

双重检查锁(double checked locking)是对上述问题的一种优化先判断对象是否已经被初始化再决定要不要加锁

错误的双重检查锁

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (null == uniqueSingleton) {
                    uniqueSingleton = new Singleton();   // error
                }
            }
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

如果这样写运行顺序就成了:

  • 检查变量是否被初始化(不去获得锁)如果已被初始化则立即返回
  • 获取锁
  • 再次检查变量是否已经被初始化如果还没被初始化就初始化一个对象

执行双重检查是因为如果多个线程同时了通过了第一次检查并且其中一个线程首先通过了第二次检查并实例化了对象那么剩余通过了第一次检查的线程就不会再去实例化对象

这样除了初始化的时候会出现加锁的情况后续的所有调用都会避免加锁而直接返回解决了性能消耗的问题

隐患

上述写法看似解决了问题但是有个很大的隐患实例化对象的那行代码(标记为error的那行)实际上可以分解成以下三个步骤:

  1. 分配内存空间
  2. 初始化对象
  3. 将对象指向刚分配的内存空间

但是有些编译器为了性能的原因可能会将第二步和第三步进行重排序顺序就成了:

  1. 分配内存空间
  2. 将对象指向刚分配的内存空间
  3. 初始化对象

现在考虑重排序后两个线程发生了以下调用:

Time Thread A Thread B
T1 检查到uniqueSingleton为空
T2 获取锁
T3 再次检查到uniqueSingleton为空
T4 为uniqueSingleton分配内存空间
T5 将uniqueSingleton指向内存空间
T6 检查到uniqueSingleton不为空
T7 访问uniqueSingleton(此时对象还未完成初始化)
T8 初始化uniqueSingleton

在这种情况下T7时刻线程B对uniqueSingleton的访问访问的是一个初始化未完成的对象

正确的双重检查锁

public class Singleton {
    private volatile static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

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

为了解决上述问题需要在uniqueSingleton前加入关键字volatile使用了volatile关键字后重排序被禁止所有的写(write)操作都将发生在读(read)操作之前

至此双重检查锁就可以完美工作了

总结

参考资料:


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