Java多线程编程（双重检查锁定的问题以及解决方案）

来源：Java并发编程的艺术

1 典型例子

双重检查锁定的典型例子，如下：

public class DoubleCheckedLocking { private static Instance instance; /**
     * 双重检查锁定
     */ 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、创建对象 (问题的根源在这里) } } } return instance; } } 

这样的双重检查锁定是一个错误的优化！！！

当线程读取到instance不为null的时候，instance引用的对象有可能还没有完成初始化。

2 问题的根源

问题的根源在于 4、创建对象 的流程可能会被重排序。

• 创建对象的一般流程

创建对象的流程可以简化为三步：分配内存空间、初始化对象、设置引用指向分配的内存地址。

memory = allocate(); // 1、分配对象的内存空间 initObject(memory); // 2、初始化对象 instance = memory; // 3、设置instance指向分配的内存地址 

其中，2 和 3 之间可能被重排序。

• 重排序之后的流程

memory = allocate(); // 1、分配对象的内存空间 instance = memory; // 2、设置instance指向分配的内存地址 initObject(memory); // 3、初始化对象 

那么，在发生重排序的情况下，A、B两个线程执行这段双重检查锁定的代码时的执行顺序可能是这样的：

时间	A 线程	B 线程
t1	A1：分配对象的内存空间
t2	A2：设置instance指向内存空间的地址
t3		B1：判断instance是否为null
t4		B2：由于instance不是null，B线程将直接访问instance引用的对象
t5	A3：初始化对象
t6	A4：访问instance引用的对象

按照以上的顺序，B线程将会在instance对象还未初始化完成之前就访问它，导致NPE。

3 解决方案

3.1 基于volatile的解决方案

对于双重检查锁定来实现的延迟初始化方案，只需要将instance声明为volatile类型，就能够实现线程安全的延迟初始化：

public class SafeDoubleCheckedLocking { private volatile static Instance instance; // 声明为volatile类型 /**
     * 双重检查锁定
     */ 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、创建对象 } } } return instance; } } 

volatile通过禁止重排序（初始化对象和设置instance指向分配的内存地址）来保证线程安全的延迟初始化。

3.2 基于类初始化的解决方案

Java语言规范规定，对于每一个类或者接口，都有唯一的一个初始化锁与之对应。在多线程环境下，只有一个线程能够获取这个锁并执行类的初始化，其他线程需要等待获取这个锁，这样就能保证线程安全的类的初始化。

初始化一个类，包括执行这个类的静态初始化和初始化在这个类中声明的静态字段。

public class InstanceFactory { private static class InstanceHolder { public static Instance instance = new Instance(); } public Instance getInstance() { return InstanceHolder.instance; // 触发InstanceHolder类的初始化 } } 

如上，当线程执行getInstance()方法时，将会触发InstanceHolder类的初始化，此时只有一个线程能够获取InstanceHolder类的初始化锁，并完成类的初始化过程，类中的静态字段instance将被初始化，Instance对象将被创建。虽然Instance对象创建过程中存在重排序，但是对于其他线程来说都是不可见的。

4 总结

• 大多数情况下，正常的初始化优于延迟初始化。
• 基于volatile的延迟初始化方案有一个优势，就是除了可以对静态字段实现延迟初始化之外，还可以对实例字段实现延迟初始化。
• 如果确实需要对实例字段实现线程安全的延迟初始化，请使用基于volatile的延迟初始化方案。
• 如果确实需要对静态字段实现线程安全的延迟初始化，请优先使用基于类初始化的方案。

本文地址：https://blog.csdn.net/hbtj_1216/article/details/108801033