1.雙重檢查鎖定的由來(lái)
下面是非線程安全的延遲初始化對(duì)象的示例代碼。
public class UnsafeLazyInitialization {
private static Instance instance;
public static Instance getInstance(){
if(instance ==null) //1:A線程執(zhí)行
instance = new Instance(); //2:B線程執(zhí)行
return instance;
}
}
在UnsafeLazyInitialization類中，假設(shè)A線程執(zhí)行代碼1的同時(shí)觉义，B線程執(zhí)行代碼2。此時(shí)浴井，線程A可能會(huì)看到instance引用的對(duì)象還沒(méi)有完成初始化（原因之后分析）
對(duì)于UnsafeLazyInitialization類晒骇，我們可以對(duì)getInstance()方法做同步處理來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全的延遲初始化。示例代碼如下磺浙。
public class safeLazyInitialization {
private static Instance instance;
public synchronized static Instance getInstance(){
if(instance ==null)
instance = new Instance();
return instance;
}
}
由于對(duì)getInstance()方法做了同步處理洪囤，synchronized將導(dǎo)致性能開(kāi)銷。如果getInstance（）被多個(gè)線程調(diào)用撕氧，將導(dǎo)致程序性能下降瘤缩。反之，那么這個(gè)延遲初始化方案能提供令人滿意的性能呵曹。
在早期的JVM中款咖，synchronized（甚至是無(wú)競(jìng)爭(zhēng)的synchronized）存在著巨大性能開(kāi)銷。因此奄喂，出現(xiàn)雙重檢查鎖定铐殃。以下是示例代碼。
public class DoubleCheckedLocking { //1
private static Instance instance; //2
public static Instance getInstance(){ //3
if(instance ==null) { //4:第一次檢查
synchronized (DoubleCheckedLocking.class) { //5：加鎖
if (instance == null) //6：第二次檢查
instance = new Instance(); //7：?jiǎn)栴}的根源處在這里
} //8
} //9
return instance; //10
} //11
}
如上面的代碼所示跨新，如果第一次檢查instance不為null富腊，那就不需要執(zhí)行下面的加鎖和初始化操作。因此域帐，可以大幅降低synchronized帶來(lái)的性能開(kāi)銷赘被。
這樣似乎很完美，但這是一個(gè)錯(cuò)誤的優(yōu)化肖揣！在線程執(zhí)行到第4行民假，代碼讀取到instance不為null時(shí)，instance引用的對(duì)象可能還沒(méi)有完成初始化龙优。
2.問(wèn)題的根源
前面的雙重檢查示例代碼第7行創(chuàng)建了一個(gè)對(duì)象羊异。這一行代碼可以分解為如下的3行偽代碼。
memory=allocate(); //1:分配對(duì)象的內(nèi)存空間
ctorInstance(memory); //2:初始化對(duì)象
instance = memory; //3:設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址
上面3行偽代碼中的2和3之間，可能會(huì)被重排序野舶。2和3重排序之后的執(zhí)行時(shí)序如下易迹。
memory=allocate(); //1:分配對(duì)象的內(nèi)存空間
instance = memory; //3:設(shè)置instance指向剛分配的內(nèi)存地址
//注意，此時(shí)對(duì)象還沒(méi)有被初始化平道！
ctorInstance(memory); //2:初始化對(duì)象
由于單線程內(nèi)要遵守intra-thread semantics,從而能保證A線程的執(zhí)行結(jié)果不會(huì)被改變睹欲。但是，當(dāng)線程A和B按上圖時(shí)序執(zhí)行時(shí)一屋，B線程將看到一個(gè)還沒(méi)有被初始化的對(duì)象窘疮。
回到主題，DoubleCheckedLocking代碼第7行（instance=new Instance()陆淀；）如果發(fā)生重排序考余，拎一個(gè)并發(fā)執(zhí)行的線程B就有可能在第4行判斷instance不為null。線程B接下來(lái)訪問(wèn)instance所引用的對(duì)象轧苫，但此時(shí)這個(gè)對(duì)象可能還沒(méi)有被A線程初始化楚堤！
在知曉了問(wèn)題發(fā)生的根源之后，我們可以想出兩個(gè)辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)線程安全的延遲初始化含懊。
1.不允許2和3重排序
2.允許2和3重排序身冬，但不允許其他線程“看到”這個(gè)重排序。
基于上面這兩點(diǎn)岔乔，提出兩個(gè)解決方案酥筝。
3.1基于volatile的解決方案
對(duì)于前面的基于雙重檢查鎖定來(lái)實(shí)現(xiàn)延遲初始化的方案，只需要做一點(diǎn)小的修改（把instance聲明為volatile型）雏门，就可以實(shí)現(xiàn)線程安全的延遲初始化嘿歌。請(qǐng)看下面的示例代碼。
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為volatile茁影，現(xiàn)在沒(méi)問(wèn)題了
}
}
return instance;
}
}
當(dāng)聲明對(duì)象的引用為volatile后宙帝，之前的3行偽代碼中的2和3之間的重排序，在多線程環(huán)境中將會(huì)被禁止募闲。上面的示例代碼江安如下的時(shí)序執(zhí)行步脓。
這個(gè)方案是通過(guò)禁止上圖2和3之間的重排序，來(lái)保證線程安全的延遲初始化浩螺。
3.2基于類初始化的解決方案
JVM在類的初始化階段（即在Class被加載后靴患，且被線程使用之前），會(huì)執(zhí)行類的初始化要出。在執(zhí)行類的初始化期間鸳君，JVM會(huì)去獲取一個(gè)鎖。這個(gè)鎖可以同步多個(gè)線程對(duì)同一個(gè)類的初始化患蹂。
基于這個(gè)特性可以實(shí)現(xiàn)另一種線程安全的延遲初始化方案或颊。
public class InstanceFactory{
private static class InstanceHolder{
public static Instance instance = new Instance();
}
public static Instance getInstance(){
return InstanceHolder.instance;//這里將導(dǎo)致InstanceHolder類被初始化
}
}
假設(shè)兩個(gè)線程并發(fā)執(zhí)行g(shù)etInstance（）方法腿时，下面是執(zhí)行示意圖。
這個(gè)方案的實(shí)質(zhì)是：允許之前的3行偽代碼中的2和3重排序饭宾，但不允許非構(gòu)造線程（這里指線程B）“看到”這個(gè)重排序。
4.總結(jié)
通過(guò)對(duì)比基于volatile的雙重檢查鎖定的方案和基于類初始化的方案格了，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)基于類初始化的方案的實(shí)現(xiàn)代碼更簡(jiǎn)潔看铆。但基于volatile的雙重檢查鎖定的方案有一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)：除了可以對(duì)靜態(tài)字段實(shí)現(xiàn)延遲初始化外，還可以對(duì)實(shí)例字段實(shí)現(xiàn)延遲初始化盛末。
字段延遲初始化降低了初始化類或創(chuàng)建實(shí)例的開(kāi)銷弹惦，但增加了訪問(wèn)被延遲初始化的字段的開(kāi)銷。在大多數(shù)時(shí)候悄但，正常的初始化要優(yōu)于延遲初始化棠隐。如果確實(shí)需要對(duì)實(shí)例字段使用線程安全的延遲初始化，請(qǐng)使用上面介紹的基于volatile的延遲初始化方案檐嚣；如果確實(shí)需要對(duì)靜態(tài)字段使用線程安全的延遲初始化助泽，請(qǐng)使用基于類初始化的方案。
