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雙重檢查鎖定的由來

在Java程序中，有時需要推遲一些高開銷的對象的初始化操作，并且只有在真正使用到這個對象的時候，才進(jìn)行初始化，此時，就需要延遲初始化技術(shù)。

延遲初始化的正確實現(xiàn)是需要一些技巧的，否則容易出現(xiàn)問題，下面一一介紹。

方案1

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

這種做法的錯誤是很明顯的，如果兩個線程分別調(diào)用getInstance，由于對共享變量的訪問沒有做同步，很容易出現(xiàn)下面兩種情況：

1.線程A和B都看到instance沒有初始化，于是分別進(jìn)行了初始化。

2.instance=new Instance操作被重排序，實際執(zhí)行過程可能是：先分配內(nèi)存，然后賦值給instance，***再執(zhí)行初始化。如果是這樣的話，其他線程可能就會讀取到尚未初始化完成的instance對象。

方案2

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

這種做法的問題是很明顯的，每一次讀取instance都需要同步，可能會對性能產(chǎn)生較大的影響。

方案3

方案3是一個錯誤的雙重檢測加鎖實現(xiàn)，看代碼：

public class UnsafeLazyInit{ 
private static Instance instance; 
 
public static Instance getInstance(){ 
    if (instance == null){ 
         synchronized(UnsafeLazyInit.classs){ 
             if (instance == null){ 
                  instance = new Instance(); 
               } 
          } 
     } 
     return instance; 
  } 
} 

這種方案看似解決了上面兩種方案都存在的問題，但是也是有問題的。

問題根源

instance = new Instance();

這一條語句在實際執(zhí)行中，可能會被拆分程三條語句，如下：

memory = allocate(); 
ctorInstance(memory); //2 
instance = memory; //3 

根據(jù)重排序規(guī)則，后兩條語句不存在數(shù)據(jù)依賴，因此是可以進(jìn)行重排序的。

重排序之后，就意味著，instance域在被賦值了之后，指向的對象可能尚未初始化完成，而instance域是一個靜態(tài)域，可以被其他線程讀取到，那么其他線程就可以讀取到尚未初始化完成的instance域。

基于volatile的解決方案

要解決這個辦法，只需要禁止語句2和語句3進(jìn)行重排序即可，因此可以使用volatile來修改instance就能做到了。

private volatile static Instance instance;

因為Volatile語義會禁止編譯器將volatile寫之前的操作重排序到volatile之后。

基于類初始化的解決方案

Java語言規(guī)范規(guī)定，對于每一個類或者接口C ，都有一個唯一的初始化鎖LC與之對應(yīng)，從C到LC的映射，由JVM實現(xiàn)。每個線程在讀取一個類的信息時，如果此類尚未初始化，則嘗試獲取LC去初始化，如果獲取失敗則等待其他線程釋放LC。如果能獲取到LC，則要判斷類的初始化狀態(tài)，如果是位初始化，則要進(jìn)行初始化。如果是正在初始化，則要等待其他線程初始化完成，如果是已經(jīng)初始化，則直接使用此類對象。

public class InstanceFactory{ 
    private static class InstanceHolder{ 
        public static Instance = new Instance(); 
     } 
      
    public static Instance getInstance(){ 
        return InstanceHolder.instance; //這里將導(dǎo)致instance類被初始化 
    }     
} 

結(jié)論

字段延遲初始化降低了初始化類或者創(chuàng)建實例的開銷，但是增加零訪問被延遲促使化的字段的開銷。在大部分時候，正常的初始化要優(yōu)于延遲初始化。如果確實需要對實例字段使用線程安全的延遲初始化，請使用上面介紹的基于volatile的延遲初始化方案;如果確實需要對靜態(tài)字段使用線程安全的延遲初始化，請使用上面基于類初始化方案的延遲初始化。