单例模式之双重检查锁（double check locking）的发展历程

不安全的单例

没有注意过多线程安全问题的时候，我们的单例可能是这样的：

public final class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton () { } public static Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton (); } return instance; } }

这种写法在单线程中没有问题，但多线程中却会有两个引用对象，可以观察下两个线程调用的情况：

TimeThread AThread BT1检查到instance为空T2检查到instance为空T3初始化对象AT4返回对象AT5初始化对象BT6返回对象B

此使连个线程调用方分别拥有两个对象A、B的实例，就完全不是单例了

解决方法

加锁（synchronized）

public final class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton () { } public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton (); } return instance; } }

在getInstance()方法中增加synchronized，保证了线程安全性，既简单又好理解，但性能不高，因为每次调用getInstance()方法都需要加锁（实际上只需要第一次初始化进行加锁），所以需要针对这个问题进行优化

双重检查锁

public final class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton () { } public static Singleton getInstance() { if (null == instance) { synchronized (Singleton.class) { if (null == instance) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } }

synchronized加锁仅发生在对象需要实例化的时候，否则其它情况都是直接返回已有的对象。

隐患（指令重排）

instance = new Singleton();这句代码可以分解成三步骤：

分配内存空间初始化对象将对象指向刚分配的内存空间

但有些编译器为了性能原因，可能会将第2步和第3步进行重排序，重排后顺序可能就是：

分配内存空间将对象指向刚分配的内存空间初始化对象

现在考虑重排后，两个线程发生了以下调用：

TimeThread AThread BT1检查到instance为空T2获取锁T3再次检查到instance为空T4为instance分配内存空间T5将instance指向内存空间（重排后的第2步）T6检查到instance不为空T7访问instance（此时对象还未完成初始化）T8初始化instance（重排后的第3步）

这种情况下Thread B访问的是一个还没有初始化的对象。

解决指令重排隐患（最正确的双重锁方式）

public final class Singleton { private volatile static Singleton instance; private Singleton () { } public static Singleton getInstance() { if (null == instance) { synchronized (Singleton.class) { if (null == instance) { instance = new Singleton(); } } } return instance; } }

在instance字段增加volatile后，防止了指令重排，按照预想的执行顺序先初始化对象再指向内存空间，并且所有的写（write）操作都将发⽣在读（read）操作之前

扩展

在对象实例化时的加锁性能可以再进行优化，那就是通过加入局部变量的方式，性能可以提高25%，可以参考《Effective Java, Second Edition》 p. 283-284

public static Singleton getInstance() { // 局部变量将性能提高25%， Singleton result = instance; // 单例双重检查 // 第一重 if (result == null) { synchronized (Singleton.class) { result = instance; // 第二重 if (result == null) { instance = result = new Singleton(); } } } return result; }

总结

通过多个示例可以看出，无论加双重锁、还是加volatile，都是事出有因，只要我们了解了背后的根本原因，就很容易理解为什么要这么写了

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