关键词:
双重检查锁与延迟初始化(懒汉式)
在Java多线程程序中,有时候需要采用延迟初始化来降低初始化类和创建对象的开销,在使用这些对象时才进行初始化。延迟初始化需要注意线程安全
问题,否则就容易出现问题。
单例模式在获取实例的方法中,若只判断实例是否为null,是则创建对象,否则获取对象。这种方法在多线程执行的时候必然会有线程安全问题。若获取
实例方法加synchronized关键字,则能实现线程同步解决线程安全问题,但是多线程下频繁调用会造成巨大的性能开销。
1、双重检查锁及其错误根源
双重检查锁是常见的延迟初始化技术,初衷是用它来降低同步的开销,但是它是错误的用法。
双重检查锁代码:
public class DoubleCheckLock private static Instance instance; public static Instance getInstance() // 第一次检查 if(instance==null) // 第一次检查为null再进行加锁,降低同步带来的性能开销 synchronized (DoubleCheckLock.class) // 第二次检查 if(instance==null) // 问题出在此处 instance=new Instance(); return instance;
错误根源:
当第一次检查时,读取instance不为null时,instance引用的对象可能还没有完成初始化!原因在于多线程下的重排序。
instance=new Instance(); 分为三步
1)分配对象的内存空间
2)初始化对象
3)设置instance引用指向刚分配的内存地址
但是在一些编译器上(如JIT),2)和3)可能会发生重排序。
Java规范保证了重排序不会改变单线程内的程序执行结果。但是在多线程下,若线程A在执行instance=new Instance();时发生了重排序,先执行了3),
这时候线程B刚好获取到了instance不为null,接着去访问对象。但是这个时候线程A还未执行2),即还没被线程A初始化,那么这个时候线程B得到的就是
一个还没有初始化的对象。
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
2、基于volatile的解决方案
通过将instance声明为volatile型来禁止2)和3)之间的重排序
public class VolatileDoubleCheckLock // 将instance声明为volatile型 private volatile static Instance instance; public static Instance getInstance() // 第一次检查 if(instance==null) // 第一次检查为null再进行加锁,降低同步带来的性能开销 synchronized (VolatileDoubleCheckLock.class) // 第二次检查 if(instance==null) // 多线程下将禁止2)和3)之间的重排序 instance=new Instance(); return instance;
3、基于类初始化的解决方案
JVM在类的初始化阶段(即被Class加载后,且被线程使用之前),会执行类的初始化。在执行类的初始化期间,JVM会去获取一个锁(Class对象的初始化锁)。这个锁可以同步多个线程对一个类的初始化。
public class InstanceFactory private static class InstanceHolder public static Instance instance=new Instance(); public static Instance getInstance() return InstanceHolder.instance;
在多线程下,第一个执行getInstance方法的线程会先初始化InstanceHolder类。多个线程的情况下也只有一个线程能获取到InstanceHolder类的Class对象的初始化锁。第一个获取到nstanceHolder类的Class对象的初始化锁的线程将初始化InstanceHolder类中的静态属性instance。根据happens-before关系,其他线程将知道InstanceHolder类已被初始化,将结束初始化过程直接访问InstanceHolder。
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