来源:《The "Double-Checked Locking is Broken" Declaration》
1. 单例模式的简单实现
// 只支持单线程的版本 class Foo { private Helper helper = null; public Helper getHelper() { if (helper == null) helper = new Helper(); return helper; } }
在多线程的情况下,可能会生成多个Helper实例。
2. 同步getHelper方法
// 支持多线程的版本 class Foo { private Helper helper = null; public synchronized Helper getHelper() { if (helper == null) helper = new Helper(); return helper; } }
getHelper()方法被标记为synchronized后,JVM会只允许同时只有一个线程能执行getHelper方法。所以不会产生多个Helper实例。但是同步的开销会导致多线程执行效率降低。
3. 一种错误的双检锁方法
// 一种错误的双检锁方法 class Foo { private Helper helper = null; public Helper getHelper() { if (helper == null) synchronized(this) { if (helper == null) helper = new Helper(); } return helper; } }
为什么是错的?
原因:在 helper = new Helper(); 这句中有两个主要操作。一是创建Helper的一个实例,二是将这个新创建的Helper实例的引用赋给helper这个字段。编译器规定这两个操作的顺序可能是先赋值实例的引用,后执行Helper实例内部的初始化构建。这可能导致另一线程在调用getHelper()方法时,因为helper字段不为null,所以开始使用helper所指的实例,而该实例的初始化工作却仍在前一线程中处于未完成状态,这就导致第二个线程使用了一个“坏”的Helper。
即使编译器事先规定了先构建实例后赋值,在一个多处理器系统中,处理器和内存系统还是有可能颠倒这两个操作的顺序。
4. 另一种错误的双检锁方法
// 另一种错误的双检锁方法 class Foo { private Helper helper = null;wei public Helper getHelper() { if (helper == null) { Helper h; synchronized(this) { h = helper; if (h == null) synchronized (this) { h = new Helper(); } // 释放内部的 synchronized 锁 helper = h; } } return helper; } }
为什么是错的?
原因:退出监控(monitorexit)(如释放 sychronized 锁)的规则是“在 monitorexit 前的操作必须在释放锁之前执行”。但是没有规则保证“在 monitorexit 后的操作必须在释放锁之后才能执行”。也就是说编译器可能会把 helper = h; 这句移到内部的 synchronized 代码块内。这就又回到了3中的情况,即其它线程可能拿到一个“坏”的未完工的Helper实例。
注:在.Net CLR中情况有所不同。在CLR中,任何锁方法的调用都构成了一个完整的内存栅栏,在栅栏之前写入的任何变量都必须在栅栏之前完成;在栅栏之后的任何变量读取都必须在栅栏之后开始。
同步用的越多,越有可能导致性能问题,也增大了出错的可能。
另外每个处理器都缓存了的变量值的备份,在某些类型的处理器中,即使其它处理器利用内存栅栏(memory barriers)将新值写入了共享内存,因为处理器用的是它自己的备份值,还是会认为helper值为null,导致新建了Helper实例,并使用了这个新实例。(Alpha处理器)
5. 可以对32位的原始类型数据变量用双检锁(如int和float)
因为原始类型数据的变量存的就是值本身,所以对它赋值就直接改了变量内容。但是64位的原始类型数据变量,如long和double,就无法保证该操作的原子性。
class Foo { private int cachedHashCode = 0; public int hashCode() { int h = cachedHashCode; if (h == 0) synchronized(this) { if (cachedHashCode != 0) return cachedHashCode; h = computeHashCode(); cachedHashCode = h; } return h; } }
6. 利用volatile的双检锁方法
从JDK5开始,volatile严格地限制了变量的读写顺序,不允许重排。
class Foo { private volatile Helper helper = null; public Helper getHelper() { if (helper == null) { synchronized(this) { if (helper == null) helper = new Helper(); } } return helper; } }
对不可变对象(Immutable Objects)引用的读写都是原子性的操作。所以如果Helper是不可变对象,如String和Integer,可以不用volatile关键字。
7. 总结:
尽量参考使用已有的最佳实践,不要自己去发明。
一门合适的编程语言应该是优雅的。如果发现已有的问题很难用优雅的方式解决,要么换一种语言,要么发出声音,让开发这门语言的人从源头改进该语言。
对于绝大多数只是使用语言的你,不要为了研究语言而研究,应该基于现有的业务问题去研究。多接触各种业务,自然就会多遇到各种问题,自然有机会学得更多。
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