java | double check lock 问题

这个例子非常经典。

public final class Singleton {
    private Singleton() { }
    private static Singleton INSTANCE = null;
    
    public static Singleton getInstance() {
        if(INSTANCE == null) { // t2，这里的判断不是线程安全的
            // 首次访问会同步，而之后的使用没有 synchronized
            synchronized(Singleton.class) {
                // 这里是线程安全的判断，防止其他线程在当前线程等待锁的期间完成了初始化
                if (INSTANCE == null) { 
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

double check lock 是一种提升多线程之间效率的表现。

如果只是

public final class Singleton {
    private Singleton() { }
    private static Singleton INSTANCE = null;
    
    public static Singleton getInstance() {
        synchronized(Singleton.class) {
            // 这里是线程安全的判断，防止其他线程在当前线程等待锁的期间完成了初始化
            if (INSTANCE == null) { 
                INSTANCE = new Singleton();
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

那么，每次进来都需要进入 synchronized ，非常消耗资源。所以，在外层加了 INSTANCE 判断。

这样看似更合理，并且更快，但是，这样反而是线程不安全的。

这是因为 INSTANCE = new Singleton(); 这个代码的字节码是 4 个。

17: new 			#3 		// class test/Singleton
20: dup
21: invokespecial 	#4 		// Method "<init>":()V
24: putstatic 		#2 		// Field INSTANCE:Ltest/Singleton;

• 17 表示创建对象，将对象引用入栈
• 20 表示复制一份对象引用，引用地址
• 21 表示利用一个对象引用，调用构造方法初始化对象
• 24 表示利用一个对象引用，赋值给 static INSTANCE

步骤 21 和 24 之间不存在数据依赖关系，而且无论重排前后，程序的执行结果在单线程中并没有改变，因此这种重排优化是允许的。

考虑这样一个情况

• t1 刚进入，此时 INSTANCE 为 null ，其初始化对象
  • 由于重排问题，其先执行了 24 ，就是给 INSTANCE 付给了一个对象引用，但是，此时对象并没有创建
  • CPU 轮训
• t2 进入，发现 INSTANCE 有了对象引用，开始使用 INSTANCE，但是，此时 INSTANCE 是 null

所以，我们要进行修改

public final class Singleton {
    private Singleton() { }
    private static volatile Singleton INSTANCE = null;
    
    public static Singleton getInstance() {
        if(INSTANCE == null) { // t2，这里的判断不是线程安全的
            // 首次访问会同步，而之后的使用没有 synchronized
            synchronized(Singleton.class) {
                // 这里是线程安全的判断，防止其他线程在当前线程等待锁的期间完成了初始化
                if (INSTANCE == null) { 
                    INSTANCE = new Singleton();
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }
}

使用 volatile 修饰 INSTANCE，这是因为 volatile 具有写屏障和读屏障。可以保证 INSTANCE = new Singleton(); 执行的有序性，使其按照 17 - 20 - 21 - 24 的顺序执行。