线程安全的延迟初始化：线程安全的创建单例

2019-12-31

为什么要进行字段的延迟初始化？

因为对字段的延迟初始化可以降低初始化类或创建实例的开销。

不安全的双重检查加锁延迟初始化方案

public class DoubleCheckd  {
    private DoubleCheckd  instance;

    public DoubleCheckd  getInstance(){
        if(instance == null){//1
            synchronized(DoubleCheckd .class){//2
                if(instance == null){//3
                    instance = new DoubleCheckd();//4
                }
            }
        }
        return instance;//5
    }
}

这个方案是线程不安全的，问题是由于代码行4引起的。因为4实际的动作会分成下面的三个步骤：
a.在堆内存中开辟所需要的空间；
b.初始化对象;
c.将分配的空间地址赋值给引用变量。
由于为了提高代码的执行性能，编译器和系统都会进行重排序，因此上述这三个步骤不一定是按照上面的顺序执行，b和c可能被重排序，即b先于c被执行。
在单线程的情况下并不会出现任何问题的，但在多线程的情况就可能会有问题，因为当线程A刚完成步骤c但未执行b时，若恰好有线程B运行到1处，那么此时线程B就会获取到一个不为null但却未被初始化的实例对象，其后续的操作将发生不可预知的错误。
知道了造成问题的原因解决方法也就出来了。因此只有解决如下两个问题即可：
1）避免b和c的重排序
2）使c操作不对外可见

安全的延迟初始化方式

1. 基于volatile的双重检查加锁方式

public class DoubleCheckd  {
    private volatile DoubleCheckd  instance;
    public DoubleCheckd  getInstance(){
        if(instance == null){//1
            synchronized(DoubleCheckd .class){//2
                if(instance == null){//3
                    instance = new DoubleCheckd();//4
                }
            }
        }
        return instance;//5
    }
}

此优化方法很简单，就是在原来的基础上加上volatile修饰instance变量，因为根据JMM的规则，volatile能够禁止b、c的重排序。

ps：本来曾想过使用initFlag==true代替instance==null，在代码4下面加上initFlag=true以避免b和c的重排序造成的问题，但实际上也是没用的，因为initFlag=true也可能会重排序到4前面。还是会存在使用未初始化完成的对象的危险。

2. 基于类初始化的延迟方式

public class ClassInitialization {
    private static class InitialInstanceClass{
        private static ClassInitialization instance = new ClassInitialization();//1
    }

    public static ClassInitialization getInstance(){
        return InitialInstanceClass.instance;//2
    }
}

该方式是利用多线程同时加载一个类时，jvm已保障了只有一个线程能够对该类进行初始化，从而保证了初始化的安全性。也即在多线程情况下，有且只有一个线程能够执行代码1，因此即使代码执行时出现重排序也不会被其它线程看见。

若要对实例字段延迟初始化可以采用方式1，若要对静态字段延迟初始化可以采用方式2。