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单例模式-双重校验锁缘由

单例模式-双重校验锁缘由

作者: 路得自己走 | 来源:发表于2019-08-19 19:16 被阅读0次
    /**
     * 单例模式-双重校验锁
     */
    public class SingleTon3 {

      private SingleTon3(){};             //私有化构造方法

    private static volatile SingleTon3 singleTon=null;

    public static SingleTon3 getInstance(){

        //第一次校验
        if(singleTon==null){

            synchronized(SingleTon3.class){

                //第二次校验

                if(singleTon==null){
                    singleTon=new SingleTon3();
                }
            }
        }
        return singleTon;
    }

    public static void main(String[]args){
        for(int i=0;i<200;i++){
            new Thread(new Runnable() {
                public void run() {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName()+":"+SingleTon3.getInstance().hashCode());
                }
            }).start();
        }

    }

}

注意事项:
问题:为什么需要两次判断if(singleTon==null)?

分析:第一次校验:由于单例模式只需要创建一次实例,如果后面再次调用getInstance方法时,则直接返回之前创建的实例,因此大部分时间不需要执行同步方法里面的代码,大大提高了性能。如果不加第一次校验的话,那跟上面的懒汉模式没什么区别,每次都要去竞争锁。

第二次校验:如果没有第二次校验,假设线程t1执行了第一次校验后,判断为null,这时t2也获取了CPU执行权,也执行了第一次校验,判断也为null。接下来t2获得锁,创建实例。这时t1又获得CPU执行权,由于之前已经进行了第一次校验,结果为null(不会再次判断),获得锁后,直接创建实例。结果就会导致创建多个实例。所以需要在同步代码里面进行第二次校验,如果实例为空,则进行创建。

需要注意的是,private static volatile SingleTon3 singleTon=null;需要加volatile关键字,否则会出现错误。问题的原因在于JVM指令重排优化的存在。在某个线程创建单例对象时,在构造方法被调用之前,就为该对象分配了内存空间并将对象的字段设置为默认值。此时就可以将分配的内存地址赋值给instance字段了,然而该对象可能还没有初始化。若紧接着另外一个线程来调用getInstance,取到的就是状态不正确的对象,程序就会出错。

(4)静态内部类:同样也是利用了类的加载机制,它与饿汉模式不同的是,它是在内部类里面去创建对象实例。这样的话,只要应用中不使用内部类,JVM就不会去加载这个单例类,也就不会创建单例对象,从而实现懒汉式的延迟加载。也就是说这种方式可以同时保证延迟加载和线程安全。

volatile

用volatile修饰的变量,线程在每次使用变量的时候,都会读取变量修改后的最的值。volatile很容易被误用,用来进行原子性操作。

如果要深入了解volatile关键字的作用,就必须先来了解一下JVM在运行时候的内存分配过程。

在 java 垃圾回收整理一文中,描述了jvm运行时刻内存的分配。其中有一个内存区域是jvm虚拟机栈,每一个线程运行时都有一个线程栈,

线程栈保存了线程运行时候变量值信息。当线程访问某一个对象时候值的时候,首先通过对象的引用找到对应在堆内存的变量的值,然后把堆内存

变量的具体值load到线程本地内存中,建立一个变量副本,之后线程就不再和对象在堆内存变量值有任何关系,而是直接修改副本变量的值,

在修改完之后的某一个时刻(线程退出之前),自动把线程变量副本的值回写到对象在堆中变量。这样在堆中的对象的值就产生变化了。下面一幅图

描述这写交互!

image

加上volatile关键字,强制线程每次读取该值的时候都去“主内存”中取值。

如上述代码所示,如果是单线程操作,由于代码的顺序间接的决定了执行顺序,而且在单线程中,即使jvm执行了顺序重排,仍然不会出现问题;

在讨论多线程的场景之前,我们先来科普一下 对象初始化的过程:在对象初始化也就是如第八行代码(singleton = new Singleton(); )所示,要知道,这行代码一共有三个过程:
分配对象的内存空间-->初始化对象 --> 将singleton指向刚分配好的内存地址

-----------------------------------------我是分割线-------------------------------------------

明白初始化的过程之后,我们开始讨论多线程的场景:假设现在有线程A和线程B,当两个线程同时来访问Singleton对象,但是在访问期间会有以下不安全的情况:

1)A /B 线程同时访问,这时两个线程都发现singleton为空,所以两个线程都会创建一个singleton变量,这自然不符合单例模式的初衷……

2)在不同的时间,A、B线程分别来访问这个Singleton对象,可能会出现报错的情况:

如上图所示,线程B在T4时间的访问一定会出现NullPointerException,因为找不到这个对象噻!

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