雙重檢查鎖定模式Java中的陷阱案例

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1、簡介

雙重檢查鎖定（也叫做雙重檢查鎖定優化）是一種軟件設計模式。

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

  • 軟件設計模式：解決常用問題的通用解決方案。編程中針對一些常見業務固有的模版。
  • 延遲初始化：在編程中，將對象的創建，值計算或其他昂貴過程延遲到第一次使用時進行。
  • 單例模式：在一定范圍內，隻生成一個實例對象。

2、Java中的雙重檢查鎖定

單例模式我們需保證實例隻初始化一次。

下面例子在單線程環境奏效，多線程環境下會有線程安全問題（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，因為線程安全發生在對象初始化，而這裡做瞭做瞭全局控制，造成浪費。

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

為瞭控制線程安全又能保證性能，雙重檢查鎖定模式出現。

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

邏輯如下：

我們分析一下執行邏輯：

假設有三個線程 T1 T2 T3 ，依次訪問 getInstance 方法。

  • T1 第一次檢查為Null 進入同步塊，T1持有鎖，第二次檢查為Null 執行對象創建。
  • T2 第一次檢查為Null 進入同步塊，T2等待T1釋放鎖，鎖釋放後，T2進入執行第二次檢查不為Null，返回實例對象。
  • T3 第一次檢查不為Null，直接返回對象。

上面一切似乎很完美，但是這裡面存在陷阱。根據Java內存模型我們知道，編譯器優化處理會進行重排序。

instance = new Singleton() 大體分兩個步驟；

  • 1 創建初始化對象；
  • 2 引用賦值。

而 1 2 步驟可能顛倒，會造成對象屬性在初始化前調用的錯誤。

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

這種細微的錯誤不容易出現，但是它的確存在。大傢可以參考下面這份報告，裡面詳細記錄這個問題。

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

3、列舉方案

報告裡面也列舉瞭幾種解決方案

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告

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

4、總結

本章節主要記錄瞭雙重檢查鎖定模式使用中應該註意的細微事項。

到此這篇關於雙重檢查鎖定模式Java中的陷阱案例的文章就介紹到這瞭,更多相關雙重檢查鎖定模式Java中的陷阱內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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