本文主要讲述了Java单例模式之双重校验锁中volatile关键字的作用。

上篇文章Java设计模式(一)–单例模式中讲了Java单例模式的几种写法,其中懒汉式双重校验锁方式写法如下:

1. 懒汉式

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public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  

    private Singleton (){}  

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

}

这种方式实现的单例:实现了lazy loading 使用时才创建实例。synchronized保证了线程安全,但效率低。

2. 双重校验锁

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public class Singleton {
    private static volatile Singleton singleton;

    private Singleton() {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (singleton == null) { 
            synchronized (Singleton.class) { //1
                if (singleton == null) { //2
                    singleton = new Singleton(); //3
                }
            }
        }
        return singleton;
    }
}

3. 执行过程

双重校验锁方式的执行过程如下:

1.线程A进入 getInstance() 方法。

2.由于 singletonnull线程A在 //1 处进入 synchronized 块。

3.线程A线程B预占。

4.线程B 进入 getInstance() 方法。

5.由于 singleton仍旧为 null线程B试图获取 //1 处的锁。然而,由于线程A已经持有该锁,线程B在 //1 处阻塞。

6.线程B线程A预占。

7.线程A执行,由于在 //2 处实例仍旧为 null线程A还创建一个 Singleton 对象并将其引用赋值给 instance

8.线程A退出 synchronized 块并从 getInstance() 方法返回实例。

9.线程A线程B预占。

10.线程B获取 //1 处的锁并检查 instance 是否为 null

11.由于 singleton是非 null 的,并没有创建第二个 Singleton 对象,由线程A所创建的对象被返回。

4. 问题

双重检查锁定背后的理论是完美的。不幸地是,现实完全不同。双重检查锁定的问题是:并不能保证它会在单处理器或多处理器计算机上顺利运行。

双重检查锁定失败的问题并不归咎于 JVM 中的实现 bug,而是归咎于 Java 平台内存模型。内存模型允许所谓的“无序写入”,这也是这些习语失败的一个主要原因。

singleton = new Singleton();

该语句非原子操作,实际是三个步骤。

  • 1.给 singleton 分配内存;
  • 2.调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量;
  • 3.将给 singleton 对象指向分配的内存空间(此时 singleton 才不为 null );

虚拟机的指令重排序–>

执行命令时虚拟机可能会对以上3个步骤交换位置 最后可能是132这种 分配内存并修改指针后未初始化 多线程获取时可能会出现问题。

线程A进入同步方法执行singleton = new Singleton();代码时,恰好这三个步骤重排序后为1 3 2

那么步骤3执行后 singleton 已经不为 null ,但是未执行步骤2singleton 对象初始化不完全,此时线程B执行 getInstance() 方法,第一步判断时 singleton 不为null,则直接将未完全初始化的singleton对象返回了。

5. 解决

如果一个字段被声明成volatile,Java线程内存模型确保所有线程看到这个变量的值是一致的,同时还会禁止指令重排序

所以使用volatile关键字会禁止指令重排序,可以避免这种问题。使用volatile关键字后使得 singleton = new Singleton();语句一定会按照上面拆分的步骤123来执行。

参考

https://blog.csdn.net/qq646040754/article/details/81327933