Java中双重检查锁（double checked locking）的正确实现

前言

在实现单例模式时，如果未考虑多线程的情况，就容易写出下面的错误代码：

				?

									public class Singleton {

									    private static Singleton uniqueSingleton;

									    private Singleton() {

									    }

									    public Singleton getInstance() {

									        if (null == uniqueSingleton) {

									            uniqueSingleton = new Singleton();

									        }

									        return uniqueSingleton;

									    }

									}

在多线程的情况下，这样写可能会导致uniqueSingleton有多个实例。比如下面这种情况，考虑有两个线程同时调用getInstance()：

Time	Thread A	Thread B
T1	检查到uniqueSingleton为空
T2		检查到uniqueSingleton为空
T3		初始化对象A
T4		返回对象A
T5	初始化对象B
T6	返回对象B

可以看到，uniqueSingleton被实例化了两次并且被不同对象持有。完全违背了单例的初衷。

加锁

出现这种情况，第一反应就是加锁，如下：

				?

									public class Singleton {

									    private static Singleton uniqueSingleton;

									    private Singleton() {

									    }

									    public synchronized Singleton getInstance() {

									        if (null == uniqueSingleton) {

									            uniqueSingleton = new Singleton();

									        }

									        return uniqueSingleton;

									    }

									}

这样虽然解决了问题，但是因为用到了synchronized，会导致很大的性能开销，并且加锁其实只需要在第一次初始化的时候用到，之后的调用都没必要再进行加锁。

双重检查锁

双重检查锁（double checked locking）是对上述问题的一种优化。先判断对象是否已经被初始化，再决定要不要加锁。

错误的双重检查锁

				?

									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;

									    }

									}

如果这样写，运行顺序就成了：

检查变量是否被初始化(不去获得锁)，如果已被初始化则立即返回。
获取锁。
再次检查变量是否已经被初始化，如果还没被初始化就初始化一个对象。

执行双重检查是因为，如果多个线程同时了通过了第一次检查，并且其中一个线程首先通过了第二次检查并实例化了对象，那么剩余通过了第一次检查的线程就不会再去实例化对象。

这样，除了初始化的时候会出现加锁的情况，后续的所有调用都会避免加锁而直接返回，解决了性能消耗的问题。

隐患

上述写法看似解决了问题，但是有个很大的隐患。实例化对象的那行代码（标记为error的那行），实际上可以分解成以下三个步骤：

分配内存空间
初始化对象
将对象指向刚分配的内存空间

但是有些编译器为了性能的原因，可能会将第二步和第三步进行重排序，顺序就成了：

分配内存空间
将对象指向刚分配的内存空间
初始化对象

现在考虑重排序后，两个线程发生了以下调用：

Time	Thread A	Thread B
T1	检查到uniqueSingleton为空
T2	获取锁
T3	再次检查到uniqueSingleton为空
T4	为uniqueSingleton分配内存空间
T5	将uniqueSingleton指向内存空间
T6		检查到uniqueSingleton不为空
T7		访问uniqueSingleton（此时对象还未完成初始化）
T8	初始化uniqueSingleton

在这种情况下，T7时刻线程B对uniqueSingleton的访问，访问的是一个初始化未完成的对象。

正确的双重检查锁

				?

									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;

									    }

									}