Java中的雙重檢查鎖（double checked locking）

在實現單例模式時，若是未考慮多線程的狀況，就容易寫出下面的錯誤代碼：

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            uniqueSingleton = new Singleton();
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

在多線程的狀況下，這樣寫可能會致使uniqueSingleton有多個實例。好比下面這種狀況，考慮有兩個線程同時調用getInstance()：

Time	Thread A	Thread B
T1	檢查到uniqueSingleton爲空
T2		檢查到uniqueSingleton爲空
T3		初始化對象A
T4		返回對象A
T5	初始化對象B
T6	返回對象B

能夠看到，uniqueSingleton被實例化了兩次而且被不一樣對象持有。徹底違背了單例的初衷。

加鎖

出現這種狀況，第一反應就是加鎖，以下：

public class Singleton {
    private static Singleton uniqueSingleton;

    private Singleton() {
    }

    public synchronized Singleton getInstance() {
        if (null == uniqueSingleton) {
            uniqueSingleton = new Singleton();
        }
        return uniqueSingleton;
    }
}

這樣雖然解決了問題，可是由於用到了synchronized，會致使很大的性能開銷，而且加鎖其實只須要在第一次初始化的時候用到，以後的調用都不必再進行加鎖。

雙重檢查鎖

雙重檢查鎖（double checked locking）是對上述問題的一種優化。先判斷對象是否已經被初始化，再決定要不要加鎖。

錯誤的雙重檢查鎖

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;
    }
}

若是這樣寫，運行順序就成了：

1. 檢查變量是否被初始化(不去得到鎖)，若是已被初始化則當即返回。
2. 獲取鎖。
3. 再次檢查變量是否已經被初始化，若是還沒被初始化就初始化一個對象。

執行雙重檢查是由於，若是多個線程同時了經過了第一次檢查，而且其中一個線程首先經過了第二次檢查並實例化了對象，那麼剩餘經過了第一次檢查的線程就不會再去實例化對象。

這樣，除了初始化的時候會出現加鎖的狀況，後續的全部調用都會避免加鎖而直接返回，解決了性能消耗的問題。

隱患

上述寫法看似解決了問題，可是有個很大的隱患。實例化對象的那行代碼（標記爲error的那行），實際上能夠分解成如下三個步驟：

1. 分配內存空間
2. 初始化對象
3. 將對象指向剛分配的內存空間

可是有些編譯器爲了性能的緣由，可能會將第二步和第三步進行重排序，順序就成了：

1. 分配內存空間
2. 將對象指向剛分配的內存空間
3. 初始化對象

如今考慮重排序後，兩個線程發生瞭如下調用：

Time	Thread A	Thread B
T1	檢查到uniqueSingleton爲空
T2	獲取鎖
T3	再次檢查到uniqueSingleton爲空
T4	爲uniqueSingleton分配內存空間
T5	將uniqueSingleton指向內存空間
T6		檢查到uniqueSingleton不爲空
T7		訪問uniqueSingleton（此時對象還未完成初始化）
T8	初始化uniqueSingleton

在這種狀況下，T7時刻線程B對uniqueSingleton的訪問，訪問的是一個初始化未完成的對象。

正確的雙重檢查鎖

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;
    }
}

爲了解決上述問題，須要在uniqueSingleton前加入關鍵字volatile。使用了volatile關鍵字後，重排序被禁止，全部的寫（write）操做都將發生在讀（read）操做以前。

至此，雙重檢查鎖就能夠完美工做了。

參考資料：

1. 雙重檢查鎖定模式
2. 如何在Java中使用雙重檢查鎖實現單例
3. 雙重檢查鎖定與延遲初始化