Java 双检锁问题
来源：《The "Double-Checked Locking is Broken" Declaration》
1. 单例模式的简单实现
// 只支持单线程的版本
class Foo {
private Helper helper = null;
public Helper getHelper() {
if (helper == null)
helper = new Helper();
return helper;
}
}在多线程的情况下，可能会生成多个Helper实例。
2. 同步getHelper方法
// 支持多线程的版本
class Foo {
private Helper helper = null;
public synchronized Helper getHelper() {
if (helper == null)
helper = new Helper();
return helper;
}
}getHelper()方法被标记为synchronized后，JVM会只允许同时只有一个线程能执行getHelper方法。所以不会产生多个Helper实例。但是同步的开销会导致多线程执行效率降低。
3. 一种错误的双检锁方法
// 一种错误的双检锁方法
class Foo {
private Helper helper = null;
public Helper getHelper() {
if (helper == null)
synchronized(this) {
if (helper == null)
helper = new Helper();
}
return helper;
}
}为什么是错的？
原因：在 helper = new Helper(); 这句中有两个主要操作。一是创建Helper的一个实例，二是将这个新创建的Helper实例的引用赋给helper这个字段。编译器规定这两个操作的顺序可能是先赋值实例的引用，后执行Helper实例内部的初始化构建。这可能导致另一线程在调用getHelper()方法时，因为helper字段不为null，所以开始使用helper所指的实例，而该实例的初始化工作却仍在前一线程中处于未完成状态，这就导致第二个线程使用了一个“坏”的Helper。
即使编译器事先规定了先构建实例后赋值，在一个多处理器系统中，处理器和内存系统还是有可能颠倒这两个操作的顺序。
4. 另一种错误的双检锁方法
// 另一种错误的双检锁方法
class Foo {
private Helper helper = null;wei
public Helper getHelper() {
if (helper == null) {
Helper h;
synchronized(this) {
h = helper;
if (h == null)
synchronized (this) {
h = new Helper();
} // 释放内部的 synchronized 锁
helper = h;
}
}
return helper;
}
}为什么是错的？
原因：退出监控（monitorexit）（如释放 sychronized 锁）的规则是“在 monitorexit 前的操作必须在释放锁之前执行”。但是没有规则保证“在 monitorexit 后的操作必须在释放锁之后才能执行”。也就是说编译器可能会把 helper = h; 这句移到内部的 synchronized 代码块内。这就又回到了3中的情况，即其它线程可能拿到一个“坏”的未完工的Helper实例。
注：在.Net CLR中情况有所不同。在CLR中，任何锁方法的调用都构成了一个完整的内存栅栏，在栅栏之前写入的任何变量都必须在栅栏之前完成；在栅栏之后的任何变量读取都必须在栅栏之后开始。
同步用的越多，越有可能导致性能问题，也增大了出错的可能。
另外每个处理器都缓存了的变量值的备份，在某些类型的处理器中，即使其它处理器利用内存栅栏（memory barriers）将新值写入了共享内存，因为处理器用的是它自己的备份值，还是会认为helper值为null，导致新建了Helper实例，并使用了这个新实例。（Alpha处理器）
5. 可以对32位的原始类型数据变量用双检锁（如int和float）
因为原始类型数据的变量存的就是值本身，所以对它赋值就直接改了变量内容。但是64位的原始类型数据变量，如long和double，就无法保证该操作的原子性。
class Foo {
private int cachedHashCode = 0;
public int hashCode() {
int h = cachedHashCode;
if (h == 0)
synchronized(this) {
if (cachedHashCode != 0) return cachedHashCode;
h = computeHashCode();
cachedHashCode = h;
}
return h;
}
}
6. 利用volatile的双检锁方法
从JDK5开始，volatile严格地限制了变量的读写顺序，不允许重排。
class Foo {
private volatile Helper helper = null;
public Helper getHelper() {
if (helper == null) {
synchronized(this) {
if (helper == null)
helper = new Helper();
}
}
return helper;
}
}对不可变对象（Immutable Objects）引用的读写都是原子性的操作。所以如果Helper是不可变对象，如String和Integer，可以不用volatile关键字。
7. 总结：
尽量参考使用已有的最佳实践，不要自己去发明。
一门合适的编程语言应该是优雅的。如果发现已有的问题很难用优雅的方式解决，要么换一种语言，要么发出声音，让开发这门语言的人从源头改进该语言。
对于绝大多数只是使用语言的你，不要为了研究语言而研究，应该基于现有的业务问题去研究。多接触各种业务，自然就会多遇到各种问题，自然有机会学得更多。