文章目录

  • DCL单例模式 起源过程
  • 双重检查加锁单例模式为什么两次if判断？
  • java 单例模式中双重检查锁定 volatile 的作用？


DCL单例模式 起源过程

DCL单例模式
参考URL:

我们第一次写的单例模式是下面这样的：

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    public static Singleton getInstance() {
        if(null == instance) {                    // line A
            instance = new Singleton();        // line B
        }

        return instance;

    }
}

假设这样的场景：两个线程并发调用Singleton.getInstance()，假设线程一先判断instance是否为null，即代码中line A进入到line B的位置。刚刚判断完毕后，JVM将CPU资源切换给线程二，由于线程一还没执行line B，所以instance仍然为空，因此线程二执行了new Singleton()操作。片刻之后，线程一被重新唤醒，它执行的仍然是new Singleton()操作，这样问题就来了，new出了两个instance，这还能叫单例吗？

我们再做单例模式的第二次尝试,

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    public  static Singleton getInstance() {
        synchronized (Singleton.class) {
            if(null == instance) {
                instance = new Singleton();
            }
        }

        return instance;

    }
}

比起第一段代码仅仅在方法中多了一个synchronized修饰符,现在可以保证不会出现刚才线程切换引起的问题了。但是这个性能比较低，每次获取instance，都要进行synchronized同步准备工作。

解决思路：
除了第一次调用时是执行了Singleton的构造函数之外，以后的每一次调用都是直接返回instance对象。返回对象这个操作耗时是很小的。

我们只希望在第一次创建instance实例的时候进行同步，因此有了下面的写法——双重锁定检查（DCL,Double Check Lock）

public class Singleton {
    private static Singleton instance = null;
    public  static Singleton getInstance() {
        if(null == instance) {    // 线程二检测到instance不为空
            synchronized (Singleton.class) {
                if(null == instance) {
                    instance = new Singleton();    // 线程一被指令重排，先执行了赋值，但还没执行完构造函数（即未完成初始化）
                }
            }
        }

        return instance;    // 后面线程二执行时将引发：对象尚未初始化错误

    }
}

看样子已经达到了要求，除了第一次创建对象之外，其它的访问在第一个if中就返回了，因此不会走到同步块中，已经完美了吗？

如上代码段中的注释：假设线程一执行到instance = new Singleton()这句，这里看起来是一句话，但实际上其被编译后在JVM执行的对应会变代码就发现，这句话被编译成8条汇编指令，大致做了三件事情：

1）给instance实例分配内存；

2）初始化instance的构造器；

3）将instance对象指向分配的内存空间（注意到这步时instance就非null了）

如果指令按照顺序执行倒也无妨，但JVM为了优化指令，提高程序运行效率，允许指令重排序。如此，在程序真正运行时以上指令执行顺序可能是这样的：

a）给instance实例分配内存；

b）将instance对象指向分配的内存空间；

c）初始化instance的构造器；

这时候，当线程一执行b）完毕，在执行c）之前，被切换到线程二上，这时候instance判断为非空，此时线程二直接来到return instance语句，拿走instance然后使用，接着就顺理成章地报错（对象尚未初始化）。

具体来说就是synchronized虽然保证了线程的原子性（即synchronized块中的语句要么全部执行，要么一条也不执行），但单条语句编译后形成的指令并不是一个原子操作（即可能该条语句的部分指令未得到执行，就被切换到另一个线程了）。

根据以上分析可知，解决这个问题的方法是：禁止指令重排序优化，即使用volatile变量。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance = null;
    public  static Singleton getInstance() {
        if(null == instance) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if(null == instance) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }

        return instance;

    }
}

将变量instance使用volatile修饰即可实现单例模式的线程安全。

双重检查加锁单例模式为什么两次if判断？

java双层检查锁 java单例模式双重检查锁_初始化


内层判断：如果内层不加if判断，就会实例化多次，这是显而易见的，这就违背了单例模式的单例二字。（因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。）

外层判断：试图想想一种情况，当线程1走完了内层判断，对象实例化了，线程3也调用了getInstace函数，如果没有加外层的判断线程3还是要继续等待线程2的完成，而加上外层判断，就不需要等待了，直接返回了实例化的对象。

总结：外层的判断是为了提高效率，里层的判断就是第一次实例化需要。

java 单例模式中双重检查锁定 volatile 的作用？

[推荐阅读]java 单例模式中双重检查锁定 volatile 的作用？
参考URL: https://www.zhihu.com/question/56606703?sort=created

volatile 是保证了可见性还是有序性？

主要是禁止重排序，初始化一个实例（SomeType st = new SomeType()）在java字节码中会有4个步骤，

  1. 申请内存空间，
  2. 初始化默认值（区别于构造器方法的初始化），
  3. 执行构造器方法
  4. 连接引用和实例。

这4个步骤后两个有可能会重排序，1234 1243都有可能，造成未初始化完全的对象发布。

为什么要禁止重排序？
确保先执行构造器方法，再将引用和实例连接到一起。如果没有禁止重排序，会导致另一个线程可能获取到尚未构造完成的对象。

为什么没有起到可见性的作用？
JSR-133
An unlock on a monitor happens before every subsequent lock on that same monitor
第二次非null判断是在加锁以后，则根据这一条，另一个线程一定能看到这个引用被赋值。所以即使没有volatile，依旧能保证可见性。

总结： DCL单例中 1、synchronized已经保证了可见性，不需要volatile来保证。2、volatile的作用是禁止重排序。 因此，主要是为了保证原子操作。