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在Java实现正确的双重检查锁(Double-CheckedLocking)双重检查锁定模式(也被称为"双重检查加锁优化","锁暗示"(Lockhint))是一种软件设计模式用来减少并发系统中竞争和同步的开销.
双重检查锁定模式首先验证锁定条件(第一次检查),只有通过锁定条件验证才真正的进行加锁逻辑并再次验证条件(第二次检查).
该模式在某些语言在某些硬件平台的实现可能是不安全的.
有的时候,这一模式被看做是反模式.
它通常用于减少加锁开销,尤其是为多线程环境中的单例模式实现"惰性初始化".
惰性初始化的意思是直到第一次访问时才初始化它的值.
本文将介绍双重检查锁在Java中如何实现.
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:publicclassSingleton{privatestaticSingletonuniqueSingleton;privateSingleton(){}publicSingletongetInstance(){if(null==uniqueSingleton){uniqueSingleton=newSingleton();}returnuniqueSingleton;}}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():TimeThreadAThreadBT1检查到uniqueSingleton为空T2检查到uniqueSingleton为空T3初始化对象AT4返回对象AT5初始化对象BT6返回对象B1/5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:publicclassSingleton{privatestaticSingletonuniqueSingleton;privateSingleton(){}publicsynchronizedSingletongetInstance(){if(null==uniqueSingleton){uniqueSingleton=newSingleton();}returnuniqueSingleton;}}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(doublecheckedlocking)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publicclassSingleton{privatestaticSingletonuniqueSingleton;privateSingleton(){}publicSingletongetInstance(){if(null==uniqueSingleton){synchronized(Singleton.
class){if(null==uniqueSingleton){uniqueSingleton=newSingleton();//error2/5}}}returnuniqueSingleton;}}如果这样写,运行顺序就成了:1.
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.
2.
获取锁.
3.
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:TimeThreadAThreadBT1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3/5TimeThreadAThreadBT5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publicclassSingleton{privatevolatilestaticSingletonuniqueSingleton;privateSingleton(){}publicSingletongetInstance(){if(null==uniqueSingleton){synchronized(Singleton.
class){if(null==uniqueSingleton){uniqueSingleton=newSingleton();}}}returnuniqueSingleton;}}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.
参考资料:1.
双重检查锁定模式2.
如何在Java中使用双重检查锁实现单例3.
双重检查锁定与延迟初始化本博客文章除特别声明,全部都是原创!
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