double-checked locking與單例模式的示例分析

本篇文章為大家展示了double-checked locking與單例模式的示例分析，內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要并且容易理解，絕對(duì)能使你眼前一亮，通過(guò)這篇文章的詳細(xì)介紹希望你能有所收獲。

單例模式確保某個(gè)類只有一個(gè)實(shí)例，而且自行實(shí)例化并向整個(gè)系統(tǒng)提供這個(gè)實(shí)例。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，線程池、緩存、日志對(duì)象、對(duì)話框、打印機(jī)、顯卡的驅(qū)動(dòng)程序?qū)ο蟪１辉O(shè)計(jì)成單例。

單例模式有如下實(shí)現(xiàn)方式：

這種方式稱為延遲初始化，但是在多線程的情況下會(huì)失效，于是使用同步鎖，給getInstance() 方法加鎖：

同步是需要開(kāi)銷的，我們只需要在初始化的時(shí)候同步，而正常的代碼執(zhí)行路徑不需要同步，于是有了雙重檢查加鎖（DCL）：

這樣一種設(shè)計(jì)可以保證只產(chǎn)生一個(gè)實(shí)例，并且只會(huì)在初始化的時(shí)候加同步鎖，看似精妙絕倫，但卻會(huì)引發(fā)另一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題由指令重排序引起。

指令重排序是為了優(yōu)化指令，提高程序運(yùn)行效率。指令重排序包括編譯器重排序和運(yùn)行時(shí)重排序。JVM規(guī)范規(guī)定，指令重排序可以在不影響單線程程序執(zhí)行結(jié)果前提下進(jìn)行。例如 instance = new Singleton() 可分解為如下偽代碼：

但是經(jīng)過(guò)重排序后如下：

將第2步和第3步調(diào)換順序，在單線程情況下不會(huì)影響程序執(zhí)行的結(jié)果，但是在多線程情況下就不一樣了。線程A執(zhí)行了instance = memory（這對(duì)另一個(gè)線程B來(lái)說(shuō)是可見(jiàn)的），此時(shí)線程B執(zhí)行外層 if (instance == null)，發(fā)現(xiàn)instance不為空，隨即返回，但是得到的卻是未被完全初始化的實(shí)例，在使用的時(shí)候必定會(huì)有風(fēng)險(xiǎn)，這正是雙重檢查鎖定的問(wèn)題所在！

鑒于DCL的缺陷，便有了修訂版：

修訂版試圖引進(jìn)局部變量和第二個(gè)synchronized來(lái)解決指令重排序的問(wèn)題。但是，Java語(yǔ)言規(guī)范雖然規(guī)定了同步代碼塊內(nèi)的代碼必須在對(duì)象鎖釋放之前執(zhí)行完畢，卻沒(méi)有規(guī)定同步代碼塊之外的代碼不能在對(duì)象鎖釋放之前執(zhí)行，也就是說(shuō) instance = temp 可能會(huì)在編譯期或者運(yùn)行期移到里層的synchronized內(nèi)，于是又會(huì)引發(fā)跟DCL一樣的問(wèn)題。

在JDK1.5之后，可以使用volatile變量禁止指令重排序，讓DCL生效：

volatile的另一個(gè)語(yǔ)義是保證變量修改的可見(jiàn)性。

單例模式還有如下實(shí)現(xiàn)方式：

這種方式稱為延遲初始化占位（Holder）類模式。該模式引進(jìn)了一個(gè)靜態(tài)內(nèi)部類（占位類），在內(nèi)部類中提前初始化實(shí)例，既保證了Singleton實(shí)例的延遲初始化，又保證了同步。這是一種提前初始化（惡漢式）和延遲初始化（懶漢式）的綜合模式。

至此，正確的單例模式有三種實(shí)現(xiàn)方式：

1.提前初始化。

2.雙重檢查鎖定 + volatile。

3.延遲初始化占位類模式。

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