volatile引出的單例模式之雙重檢查

volatile 作用！！！！

1. 保證線程可見性（MESI,利用CPU的緩存一致性協議）
2. 禁止指令重排序(CPU)

單例模式之雙重檢查

在實現單例模式時，如果未考慮多線程的情況，就容易寫出下面的錯誤代碼：

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            uniqueSingleton = new Singleton();
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

在多線程的情況下，這樣寫可能會導致uniqueSingleton有多個實例。比如下面這種情況，考慮有兩個線程同時調用getInstance()：

Time	Thread-A	Thread-B
t1	檢查到uniqueSingleton爲空
t2		檢查到uniqueSingleton爲空
t3		初始化對象A
t4		返回對象A
t5	初始化對象B
t6	返回對象B

可以看到，uniqueSingleton被實例化了兩次並且被不同對象持有。完全違背了單例的初衷。

出現上面這種情況，第一反應就是加鎖，如下：

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public synchronized Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            uniqueSingleton = new Singleton();
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

這樣雖然解決了問題，但是因爲用到了synchronized，會導致很大的性能開銷，並且加鎖其實只需要在第一次初始化的時候用到，大部分情況下都已經被初始化，之後的調用都沒必要再進行加鎖。

雙重檢查鎖

雙重檢查鎖（double checked locking）是對上述問題的一種優化。先判斷對象是否已經被初始化，再決定要不要加鎖。

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (null == uniqueSingleton) {
                    uniqueSingleton = new Singleton();   // error
                }
            }
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

如果這樣寫，運行順序就成了：

• 檢查變量是否被初始化(不去獲得鎖)，如果已被初始化則立即返回。
• 獲取鎖。
• 再次檢查變量是否已經被初始化，如果還沒被初始化就初始化一個對象。

執行雙重檢查是因爲，如果多個線程同時了通過了第一次檢查，並且其中一個線程首先通過了第二次檢查並實例化了對象，那麼剩餘通過了第一次檢查的線程就不會再去實例化對象。

這樣，除了初始化的時候會出現加鎖的情況，後續的所有調用都會避免加鎖而直接返回，解決了性能消耗的問題。在高併發的情況下這樣的作法是會出現問題的：

問題根源

上述寫法看似解決了問題，但是有個很大的隱患。實例化對象的那行代碼（標記爲error的那行），實際上可以分解成以下三個步驟：

1. 分配內存空間
2. 初始化對象
3. 將對象指向剛分配的內存空間

但是有些編譯器爲了性能的原因，可能會將第二步和第三步進行重排序，順序就成了：

1. 分配內存空間
2. 將對象指向剛分配的內存空間
3. 初始化對象

現在考慮重排序後，兩個線程發生了以下調用：

Time	Thread A	Thread B
t1	檢查到uniqueSingleton爲空
t2	獲取鎖
t3	再次檢查到uniqueSingleton爲空
t4	爲uniqueSingleton分配內存空間
t5	將uniqueSingleton指向內存空間
t6		檢查到uniqueSingleton不爲空
t7		訪問uniqueSingleton（此時對象還未完成初始化）
t8	初始化uniqueSingleton

在這種情況下，T7時刻線程B對uniqueSingleton的訪問，訪問的是一個初始化未完成的對象, B拿到的是一個沒有被初始化的對象，此時B線程對uniqueSingleton一通操作之後得出的的結果可能是有錯誤的（因爲uniqueSingleton 還沒完成初始化，讀出來的數據錯誤，寫回的數據也會錯誤）。

正確的雙重檢查鎖 （volatile ）

public class Singleton {
    private volatile static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (null == uniqueSingleton) {
                    uniqueSingleton = new Singleton();
                }
            }
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

爲了解決上述問題，需要在uniqueSingleton前加入關鍵字volatile。使用了volatile關鍵字後，重排序被禁止，所有的寫（write）操作都將發生在讀（read）操作之前。

至此，雙重檢查鎖就可以完美工作了。

以上是我的補充。
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