双重检查锁定
public class UnsafeLazyInitialization {
private static Instance instance;
public static Instance getInstance() {
if (instance == null) // 1:A线程执行
instance = new Instance(); // 2:B线程执行
return instance;
}
}
public class SafeLazyInitialization {
private static Instance instance;
public synchronized static Instance getInstance() {
if (instance == null)
instance = new Instance();
return instance;
}
}
public class DoubleCheckedLocking { // 1
private static Instance instance; // 2
public static Instance getInstance() { // 3
if (instance == null) { // 4:第一次检查
synchronized (DoubleCheckedLocking.class) { // 5:加锁
if (instance == null) // 6:第二次检查
instance = new Instance(); // 7:问题的根源出在这里
} // 8
} // 9
return instance; // 10
} // 11
}
双重检查锁定看起来似乎很完美,但这是一个错误的优化!在线程执行到第4行,代码读取到instance不为null时,instance引用的对象有可能还没有完成初始化。
问题在于第七步,可分为三步:
memory = allocate(); // 1:分配对象的内存空间
ctorInstance(memory); // 2:初始化对象
instance = memory; // 3:设置instance指向刚分配的内存地址
2和3可能发生重排序
这个重排序在没有改变单线程程序执行结果的前提下,可以提高程序的执行性能。
但A2和A3的重排序,将导致线程B在B1处判断出instance不为空,线程B接下来将访问instance引用的对象。此时,线程B将会访问到一个还未初始化的对象。
解决方案:
1)不允许2和3重排序。
2)允许2和3重排序,但不允许其他线程“看到”这个重排序。
基于volatile的解决方案
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为volatile,现在没问题了
}
}
return instance;
}
}
这个方案本质上是通过禁止2和3之间的重排序,来保证线程安全的延迟初始化。
基于类初始化的解决方案
public class InstanceFactory {
private static class InstanceHolder {
public static Instance instance = new Instance();
}
public static Instance getInstance() {
return InstanceHolder.instance ; // 这里将导致InstanceHolder类被初始化
}
}
这个方案的实质是:允许3行伪代码中的2和3重排序,但不允许非构造线程(这里指线程B)“看到”这个重排序。
首次发生下列任意一种情况时,一个类或接口类型T将被立即初始化:
1)T是一个类,而且一个T类型的实例被创建。
2)T是一个类,且T中声明的一个静态方法被调用。
3)T中声明的一个静态字段被赋值。
4)T中声明的一个静态字段被使用,而且这个字段不是一个常量字段。
5)T是一个顶级类(Top Level Class,见Java语言规范的§7.6),而且一个断言语句嵌套在T内部被执行。
在InstanceFactory示例代码中,首次执行getInstance()方法的线程将导致InstanceHolder类被初始化(符合情况4)。
JVM在类初始化期间会获取这个初始化锁,并且每个线程至少获取一次锁来确保这个类已经被初始化过了
字段延迟初始化降低了初始化类或创建实例的开销,但增加了访问被延迟初始化的字段的开销。
在大多数时候,正常的初始化要优于延迟初始化。如果确实需要对实例字段使用线程安全的延迟初始化,请使用上面介绍的基于volatile的延迟初始化的方案;
如果确实需要对静态字段使用线程安全的延迟初始化,请使用上面介绍的基于类初始化的方案