淺談雙重檢查鎖定和延遲初始化

Shonim 發布于2019-08-16 18:05 / 1217人閱讀

摘要：非線程安全的雙重檢查鎖這里看起來很完美，但是是一個錯誤的優化，代碼在讀取到不為的時候，引用的對象有可能換沒有完成初始化，這樣返回的是有問題的。

在Java多線程程序中，有時需要采用延遲初始化來降低初始化類和創建對象的開銷，雙重檢查鎖定是常見的延遲初始化技術，但它是一種錯誤的用法

雙重檢查鎖的演進以及問題

使用syncronized實現

public synchronized static Instance getInstance() {
    if (instance == null) {
        instance = new Instance();
    }
    return instance;
}

多線程情況下性能開銷比較大。

非線程安全的雙重檢查鎖

public static Instance getInstance2() {
    if (instance2 == null) {
        synchronized (UnsafeLazyInitialization.class) {
            if (instance2 == null) {
                instance2 = new Instance();
            }
        }
    }
    return instance2;
}

這里看起來很完美，但是是一個錯誤的優化，代碼在讀取到instance2不為null的時候，instance引用的對象有可能換沒有完成初始化，這樣返回的instance2是有問題的。
出現這個問題的根源在什么地方？
instance2 = new Instance();這一行代碼在處理器執行的時候有三部操作：
1、memory = allocate() //分配內存
2、ctorInstance(memory) //初始化對象
3、instance = memory //設置instance指向剛剛分配的內存地址

上面的三行代碼中，2和3之間可能會被指令重排序。如果重排序之后的順序為1，3，2.線程A執行2的時候，線程A判斷instance2不為空，返回的instance2對象就是一個還未初始化的對象。

所以對于上面的解決思路有兩種：
1、不允許2和3進行指令的重排序
3、允許2和3重排序，但是不允許其他線程看到這個重排序。

不允許2和3進行指令重排序（線程安全的雙重檢查鎖）

/**聲明為volatile之后，2和3的指令重排序會被禁止*/
public static volatile Instance instance3;
public static Instance getInstance3() {
    if (instance3 == null) {
        synchronized (UnsafeLazyInitialization.class) {
            if (instance3 == null) {
                instance3 = new Instance();
            }
        }
    }
    return instance3;
}

-基于類初始化的解決

public class InstanceFactory {
    
    private static class InstanceHolder {
        public static Instance instance = new Instance();
    }

    public static Instance getInstance () {
        return InstanceHolder.instance;
    }
}

這個是基于JVM的特性：JVM在類初始化的時候，會執行類初始化，在執行類初始化期間，JVM會獲取一把鎖，這個鎖可以同步多個線程對同一個類的初始化。初始化一個類，包括執行這個類的靜態初始化和初始化這個類中的靜態字段。根據Java語言規范，在首次發生下面的任何一種情況，一個類或接口類型將立即被初始化。
1）T的實例類型被創建
2）T是一個類，且T中的靜態方法被調用
3）T聲明的一個靜態字段被賦值
4）T聲明的靜態字段被使用

在這里，首次執行getInstance(),那么InstanceHolder會進行初始化。

任何的線程安全操作在底層都是對應指令重排序以及內存可見性的問題。操作系統才是根本啊～～

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