Java中的volatile在使用双层检查实现单例模式的解读

 

1.前言

因为今天在想到这个问题的时候脑子不是很清楚，就想查一下网上的资料，结果发现一个个写的囫囵吞枣。后来突然想起来了，于是打算记录下来。

注意此种方法只针对JDK1.5及以上，之前好像是volatile的关键字设计有问题？

2.双层检查实现单例模式的由来

最开始只有一层检查，

【失败的设计】
public Resource getResource() {
 if (resource == null) { 
    resource = new Resource(); 
 }
 return resource;
}
大家应该都可以看出，在多线程情况下，会出现多个new Resource()的动作
 
这时，有人就提出了一个解决方案
【成功但是糟糕的设计】
public synchronized Resource getResource() {
 if (resource == null) { 
    resource = new Resource(); 
 }
 return resource;
}
可以看到，他给getResource方法加上了synchronized关键字，这足以保证只有一个线程会执行new Resource操作。
这个设计可以满足需求，但是有一个不太好的地方就是每次执行getResource方法的时候都会有加锁去锁的开销，而这中加锁只有在初始化前才是必须的。
 
所以有有人说，那可不可以这样：1
public Resource getResource() {
 if (resource == null) { 
  synchronized(this){ 
   if (resource==null) {
    resource = new Resource(); 
   }  
  } 
 }
 return resource;
}
稍作解释，他的想法是进行两次判断，如果第一次判断不为null，也就是resource已经初始化，那么久不会进去执行加锁去锁的操作了。
但这个方案可不可能需要看resource有没有加volatile关键字。

如果加了volatile关键字，这个方法是有效的。如果没有，这个方法是有一定多线程风险的。

现在进入本文的重点，此处为什么不加volatile有风险。

首先声明：

此处利用了volatile的一个关键字特性：防止局部指令重排序

简单的概括就是，

volatile禁止指令重排序的一些规则：2
　　1.当第二个操作是voaltile写时，无论第一个操作是什么，都不能进行重排序
　　2.当第一个操作是volatile读时，不管第二个操作是什么，都不能进行重排序
　　3.当第一个操作是volatile写时，第二个操作是volatile读时，不能进行重排序

下面来看new Resource()这个操作，

它可以分解成三个操作，

【伪代码】3

1.memory = allocate()

2.createInstance(memory)

3.resource = memory

其中1,2指令有数据依赖，所以不会被重排序。而2,3指令没有数据依赖，如果没有volatile关键字，可能会被重排序。

那么假如2，3执行顺序进行了调换。

那么就有可能发生，假设A,B线程都即将执行getResource操作，目前在A线程，

首先A线程第一次判断resource是否为null，结果为null，那么加锁进入执行创建对象的这三步。

假设执行了上述的1，3后，发生了调度，B开始执行。

此时它面临的状态是，判断resource是否为null，结果不为null.因为刚才A执行了3已经给resource赋值了。

那么B会认为resource已经初始化完成，它可能要对这个对象进行一些操作，但是事实上A还没有执行2操作，resource对象还没有初始化完成。

这样运行下去可能会产生异常，风险由此产生。

不过加了volatile后，在执行对resource写之前，volatile关键字保证了1，2，3操作不会重排序(需要考证)，这样就保证了resource要么为null，要么就是一个完整的resource对象。

顺便补充一下,加了volatile之后，即使在执行1,2,3的时候发生了调度，因为锁在A线程手里，所以B线程没有办法拿到锁进行初始化。所以即使调度时候resource为null，也不会发生多次初始化的情形。

 

如果需要对volatile有更多的了解，

可以访问官方Java Language Specification

关于volatile: http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-8.html#d5e12277

关于Java内存模型： http://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se8/html/jls-17.html#jls-17.4

参考文档：

1.http://www.jb51.net/article/80201.htm

2.https://blog.csdn.net/hqq2023623/article/details/51013468

3.http://blog.csdn.net/xiakepan/article/details/52444565

posted @ 2017-07-02 23:16  lightverse  阅读(1867)  评论(0)  编辑  收藏  举报