Java双重检查锁的错误

冷不防 2022-05-17 23:47 203阅读 0赞

1.错误的双重检查锁实现

public class DoubleCheckedLocking { // 1
        private static Instance instance; // 2
        public static Instance getInstance() { // 3
        if (instance == null) { // 4:第一次检查
            synchronized (DoubleCheckedLocking.class) { // 5:加锁
                if (instance == null) // 6:第二次检查
                    instance = new Instance(); // 7:问题的根源出在这里
                } // 8
            } // 9
            return instance; // 10
        } // 11
    }

如上面代码所示，如果第一次检查instance不为null，那么就不需要执行下面的加锁和初始化操作。因此，可以大幅降低synchronized带来的性能开销。上面代码表面上看起来，似乎两全其美。  
·多个线程试图在同一时间创建对象时，会通过加锁来保证只有一个线程能创建对象。  
·在对象创建好之后，执行getInstance()方法将不需要获取锁，直接返回已创建好的对象。  
双重检查锁定看起来似乎很完美，但这是一个错误的优化！在线程执行到第4行，代码读取到instance不为null时，instance引用的对象有可能还没有完成初始化！

前面的双重检查锁定示例代码的第7行（instance=new Singleton();）创建了一个对象。这一行代码可以分解为如下的3行伪代码。

memory = allocate();　　// 1：分配对象的内存空间
    ctorInstance(memory);　// 2：初始化对象
    instance = memory;　　// 3：设置instance指向刚分配的内存地址

根据happens-before，1和2，1和3之间有依赖（都是写后读，不能重排序），所以1必须在2和3操作之前。但是，2和3之间没有依赖关系（2和3之间没有memory对象的写操作，虽然有对memory的初始化，但是memory的内存地址不会改变，所以不属于写操作。即：对象内部属性的写操作，不是这个对象的写操作），所以2和3之间可能会重排序，即分配完内存后，直接将引用指向内存，但是内存中的数据并没有被初始化！

另一方面，虽然instance 的初始化是在同步块内的，但是，根据synchronized的happens-before原则，1,2,3操作只是在代码段5之后才是完全可见的（对一个锁的解锁，happens-before于随后对这个锁的加锁。这也解释了为什么在getInstance方法上加synchronized不会有因为重排序带来的影响），代码段4并不包含在同步块中，所以2和3之间的重排序是完全合法，很可能出现的。这将导致线程2获取到的实例是没有被初始化的。

2.添加volatile关键字

public class DoubleCheckedLocking { // 1
        private volatile static Instance instance; // 2
        public static Instance getInstance() { // 3
        if (instance == null) { // 4:第一次检查
            synchronized (DoubleCheckedLocking.class) { // 5:加锁
                if (instance == null) // 6:第二次检查
                    instance = new Instance(); // 7:问题的根源出在这里
                } // 8
            } // 9
            return instance; // 10
        } // 11
    }

为了解决上面的问题，只要在instance引用上添加volatile关键字即可。原因是：

memory = allocate();　　// 1：分配对象的内存空间
    ctorInstance(memory);　// 2：初始化对象
    instance = memory;　　// 3：设置instance指向刚分配的内存地址（此时instance 是volatile类型的引用，根据volatile特性，当第二个操作是volatile写时，不管第一个操作是什么，都不能重排序，所以这三个操作都会按照顺序执行）

此时instance 是volatile类型的引用，根据volatile特性（可以参考《volatile的特性》一文），当第二个操作是volatile写时，不管第一个操作是什么，都不能重排序，所以这三个操作都会按照顺序执行，volatile关键字禁止了重排序，保证了对象一定是被初始化过后，才被赋值给instance引用的。