双重检查加锁单例 线程安全-Java版

Answer 1

双重检验加锁模式（double checked locking pattern），是一种使用同步块加锁的方法。程序员称其为双重检查锁，因为会有两次检查 uniqueInstance == null，一次是在同步块外，一次是在同步块内。为什么在同步块内还要再检验一次？因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if，如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueInstance;
    private Singleton (){}
    
    public static Singleton getSingleton() {
        if (uniqueInstance == null) {                         //Single Checked
            synchronized (Singleton.class) {
                if (uniqueInstance == null) {                 //Double Checked
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
}

这段代码看起来很完美，很可惜，它是有问题。主要在于uniqueInstance = new Singleton()这句，这并非是一个原子操作，事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。

1. 给 uniqueInstance 分配内存
2. 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
3. 将uniqueInstance对象指向分配的内存空间（执行完这步 uniqueInstance 就为非 null 了）

但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的，最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者，则在 3 执行完毕、2 未执行之前，被线程二抢占了，这时uniqueInstance已经是非 null 了（但却没有初始化），所以线程二会直接返回 uniqueInstance，然后使用，然后顺理成章地报错。

我们只需要将 uniqueInstance 变量声明成 volatile 就可以了。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton uniqueInstance; //声明成 volatile
    private Singleton (){}

    public static Singleton getSingleton() {
        if (uniqueInstance == null) {                         
            synchronized (Singleton.class) {
                if (uniqueInstance == null) {       
                    uniqueInstance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueInstance;
    }
   
}

有些人认为使用 volatile 的原因是可见性，也就是可以保证线程在本地不会存有 uniqueInstance 的副本，每次都是去主内存中读取。但其实是不对的。使用 volatile 的主要原因是其另一个特性：禁止指令重排序优化。也就是说，在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障（生成的汇编代码上），读操作不会被重排序到内存屏障之前。比如上面的例子，取操作必须在执行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后，不存在执行到 1-3 然后取到值的情况。从「先行发生原则」的角度理解的话，就是对于一个 volatile 变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作（这里的“后面”是时间上的先后顺序）。

但是特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 Java 5 以前的 JMM （Java 内存模型）是存在缺陷的，即使将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序，主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5 中才得以修复，所以在这之后才可以放心使用 volatile。

相信你不会喜欢这种复杂又隐含问题的方式，当然我们有更好的实现线程安全的单例模式的办法。