双检锁与延迟初始化

在单例模式中,有些对象的初始化开销比较大,程序设计时可采用的技巧是延迟初始化,即将该对象的初始化放在函数里,需要的时候再调用该函数对该对象进行初始化。
正确的双检锁延迟初始化代码如下:

package cn.itcast.day06.demo6;

public class DoubleCheckedLocking {
    private volatile static Instance instance;             //要延迟初始化的实例
    public static Instance getInstance(){
        if (instance == null){                              //1.第一次检查
            synchronized (DoubleCheckedLocking.class){    //2.加锁
                if(instance == null){                      //3.第二次检查
                    instance = new Instance();              //4.初始化
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

注意:
1.为什么在第一次检查后加锁,而不是直接在getInstance()方法上加锁:
这是因为在多线程的环境下,多个线程竞争访问getInstance()方法,若在该方法上加锁,则多个线程会频繁的获取释放该锁,效率低下,而在第一次检查后加锁,当instance没被初始化时,即instance为null时,某个线程通过第一次检查,然后获取了锁,再通过第二次检查后对instance进行了初始化,之后,instance就不再为null了,之后所有线程便通不过第一次检查,也就不会再获取、释放锁了,提高了程序执行效率。
2.为什么instance声明的时候要加volatile关键字:
上述程序中第4步初始化操作在系统底层不是一步完成的,分成以下三步:

这三个步骤指令在JIT编译器内部有可能被重排序,指令重排序是编译器处理器为了提高程序执行效率采取的一种手段,将指令的执行顺序进行一定的调整,但是会确保不影响最终的执行结果。上述三步指令被重排序后执行时序会如下:
单线程程序执行时,上诉重排序不会造成什么问题,但是在多线程环境下就有可能产生错误,例如,两个线程执行时序有可能产生如下情况:
即线程A通过第一次检查并获取锁之后,再通过第二次检查,开始执行4步初始化操作,这时初始化操作语句的三个指令被上述重排序后,线程A先给对象分配一块内存,原本分配内存空间后,接下来的操作是在该块内存上初始对象,然后将instance引用指向该块内存空间,在instance引用没有指向该块内存空间时,其值一直为null,其他线程如线程B判断instance均为null,无法使用。但是经过指令重排序后,线程A还未对新分配出来的内存空间进行对象初始化,便将instance指向了该块内存,这时其他线程如线程B判断instance引用的内容不为null(有地址值),这时线程B便会去访问使用instance指向的内存地址上存储的内容,但其实这时线程A还未对该块内存进行正确的初始化,只是提前将instance指向该块空内存,所以便会造成难以预料的错误。
当给instance加上了volatile关键字后,可以禁止上述的指令重排序操作,也就不会产生上述多线程情况下的错误了。

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