双重检查几种方案

深碍√TFBOYSˉ_ 2023-07-03 12:22 17阅读 0赞

有时候需要采用延迟初始化来降低初始化类和创建对象的开销。双重检查锁定是常见的延迟初始化技术，但它是一个错误的用法。

在Java程序中，有时候可能需要推迟一些高开销的对象初始化操作，并且只有在使用这些对象时才进行初始化。此时，程序员可能会采用延迟初始化。

### synchronized将导致性能开销 ###

public class SafeLazyInitialization { 
        private static Instance instance;
        public synchronized static Instance getInstance() { 
            if (instance == null)
                instance = new Instance();
            return instance;
        }
    }

### 错误的优化 ###

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
    }

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

上面3行伪代码中的2和3之间，可能会被重排序，重排序不会改变单线程内的程序执行结果。

`DoubleCheckedLocking`示例代码的第7行（instance=new Singleton();）如果发生重排序，另一个并发执行的线程B就有可能在第4行判断instance不为null。线程B接下来将访问instance所引用的对象，但此时这个对象可能还没有被A线程初始化！

在知晓了问题发生的根源之后，我们可以想出两个办法来实现线程安全的延迟初始化。

1）不允许2和3重排序。

2）允许2和3重排序，但不允许其他线程“看到”这个重排序。

### 基于volatile的解决方案 ###

对于前面的基于双重检查锁定来实现延迟初始化的方案（指DoubleCheckedLocking示例代码），只需要做一点小的修改（把instance声明为volatile型），就可以实现线程安全的延迟初始化

public class SafeDoubleCheckedLocking { 
        private volatile static Instance instance;
        public static Instance getInstance() { 
            if (instance == null) { 
                synchronized (SafeDoubleCheckedLocking.class) { 
                    if (instance == null)
                        instance = new Instance();         // instance为volatile，现在没问题了
                }
            }
            return instance;
        }
    }

### 基于类初始化的解决方案 ###

JVM在类的初始化阶段（即在Class被加载后，且被线程使用之前），会执行类的初始化。在执行类的初始化期间，JVM会去获取一个锁。这个锁可以同步多个线程对同一个类的初始化。

public class InstanceFactory { 
        private static class InstanceHolder { 
            public static Instance instance = new Instance();
        }
        public static Instance getInstance() { 
            return InstanceHolder.instance ;　　// 这里将导致InstanceHolder类被初始化
        }
    }

这个方案的实质是：允许伪代码中的2和3重排序，但不允许非构造线程（这里指线程B）“看到”这个重排序。

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