DCL(双检锁)的失效:现实与初衷的背离
最近看了 Brian Goetz 写的一篇有关 DCL 的文章:Double-checked locking: Clever, but broken。(2001 年发表于 JavaWorld 上)
这篇文章讲述了 DCL 设计的初衷,但是因为 JVM 的不同实现(没有严格遵循 JMM 规范)导致 DCL 在实际应用中失效。
1. DCL 的设计初衷
DCL 是为了支持 Lazy initialization 而设计的。
我们有多种方式去实现单例模式:
- Eager initialization: 饿加载,当类加载器加载类时就初始化类变量。这种方式可以保证初始化的原子性,但降低了程序的启动性能(类加载过程中的初始化阶段对类变量初始化)。
- Lazy initialization: 懒加载,当需要使用类变量时才进行初始化。这种方式可以提高程序的启动性能,但需要同步来保证初始化的原子性,无疑带来了同步开销。
DCL 的目标是(1)提高程序的启动性能,(2)降低同步开销。
代码示例:
1 class SomeClass { 2 private Resource resource = null; 3 public Resource getResource() { 4 if (resource == null) 5 resource = new Resource(); 6 return resource; 7 } 8 }
2. DCL 失效的原因
DCL 要真正有效,需要依赖 JVM 真正遵循了 JMM 规范。
实际中,编译器、处理器、缓存都可以“自由”执行代码(乱序执行),只要保证 as-if-serial semantics 就行。
这里要提及 synchronized 的作用:
- 互斥执行某段代码
- 触发 memory barrier ,强制线程的工作内存与住内存同步
适当地使用同步可以保证:一个线程预期地看到另一个线程的影响(The proper synchronization guarantees that one thread will see the effects of another in a predictable manner)。
DCL 之所以失效,是因为没有同步地使用 resource。(与上文提到的乱序执行有关,这个与具体的 JVM 版本有关,很多 JVM 实现没有严格实现JMM规范)
3. 解决方案
(1)不使用 DCL;
(2)使用饿加载(Eager initialization),由类加载器保证类变量初始化的互斥性(每个类只会加载一次);
(3)懒加载有个特例:只含有一个类变量,不含类方法、实例变量、实例方法;
(4)对 32bit primitive values 有效。