Volatile的應用DCL單例模式（四）
Volatile的應用
單例模式DCL程式碼
首先回顧一下，單執行緒下的單例模式程式碼
/** * 單例模式 * * @author xiaocheng * @date 2020/4/22 9:19 */ public class Singleton { private static Singleton singleton = null; private Singleton() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t單例構造方法"); } public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } return singleton; } public static void main(String[] args) { System.out.println(Singleton.getInstance() == Singleton.getInstance()); System.out.println(Singleton.getInstance() == Singleton.getInstance()); System.out.println(Singleton.getInstance() == Singleton.getInstance()); System.out.println(Singleton.getInstance() == Singleton.getInstance()); } }
最後輸出的結果
但是在多執行緒的環境下，我們的單例模式是否還是同一個物件了
/** * 單例模式 * * @author xiaocheng * @date 2020/4/22 9:19 */ public class Singleton { private static Singleton singleton = null; private Singleton() { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t單例構造方法"); } public static Singleton getInstance() { if (singleton == null) { singleton = new Singleton(); } return singleton; } public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(() -> { Singleton.getInstance(); }, String.valueOf(i)).start(); } } }
從下面的結果我們可以看出，我們通過SingletonDemo.getInstance() 獲取到的物件，並不是同一個，而是被下面幾個執行緒都進行了建立，那麼在多執行緒環境下，單例模式如何保證呢？
解決方法1
引入synchronized關鍵字
public synchronized static SingletonDemo getInstance() { if(instance == null) { instance = new SingletonDemo(); } return instance; }
輸出結果
我們能夠發現，通過引入Synchronized關鍵字，能夠解決高併發環境下的單例模式問題
但是synchronized屬於重量級的同步機制，它只允許一個執行緒同時訪問獲取例項的方法，但是為了保證資料一致性，而減低了併發性，因此採用的比較少
解決方法2
通過引入DCL Double Check Lock 雙端檢鎖機制
就是在進來和出去的時候，進行檢測
public static SingletonDemo getInstance() {
if(instance == null) {
// 同步程式碼段的時候，進行檢測
synchronized (SingletonDemo.class) {
if(instance == null) {
instance = new SingletonDemo();
}
}
}
return instance;
}
最後輸出的結果為：
從輸出結果來看，確實能夠保證單例模式的正確性，但是上面的方法還是存在問題的
DCL（雙端檢鎖）機制不一定是執行緒安全的，原因是有指令重排的存在，加入volatile可以禁止指令重排
原因是在某一個執行緒執行到第一次檢測的時候，讀取到 instance 不為null，instance的引用物件可能沒有完成例項化。因為 instance = new SingletonDemo()；可以分為以下三步進行完成：
- memory = allocate(); // 1、分配物件記憶體空間
- instance(memory); // 2、初始化物件
- instance = memory; // 3、設定instance指向剛剛分配的記憶體地址，此時instance != null
但是我們通過上面的三個步驟，能夠發現，步驟2 和 步驟3之間不存在 資料依賴關係，而且無論重排前 還是重排後，程式的執行結果在單執行緒中並沒有改變，因此這種重排優化是允許的。
- memory = allocate(); // 1、分配物件記憶體空間
- instance = memory; // 3、設定instance指向剛剛分配的記憶體地址，此時instance != null，但是物件還沒有初始化完成
- instance(memory); // 2、初始化物件
這樣就會造成什麼問題呢？
也就是當我們執行到重排後的步驟2，試圖獲取instance的時候，會得到null，因為物件的初始化還沒有完成，而是在重排後的步驟3才完成，因此執行單例模式的程式碼時候，就會重新在建立一個instance例項
指令重排只會保證序列語義的執行一致性（單執行緒），但並不會關係多執行緒間的語義一致性
所以當一條執行緒訪問instance不為null時，由於instance例項未必已初始化完成，這就造成了執行緒安全的問題
所以需要引入volatile，來保證出現指令重排的問題，從而保證單例模式的執行緒安全性
private static volatile SingletonDemo instance = null;
最終程式碼
/**
* 單例模式
*
* @author xiaocheng
* @date 2020/4/22 9:19
*/
public class Singleton {
private static volatile Singleton singleton = null;
private Singleton() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t單例構造方法");
}
public static Singleton getInstance() {
if (singleton == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (singleton == null) {
singleton = new Singleton();
}
}
}
return singleton;
}
public static void main(String[] args) {
// System.out.println(Singleton.getInstance() == Singleton.getInstance());
// System.out.println(Singleton.getInstance() == Singleton.getInstance());
// System.out.println(Singleton.getInstance() == Singleton.getInstance());
// System.out.println(Singleton.getInstance() == Singleton.getInstance());
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
Singleton.getInstance();
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}