java多线程之单例模式和其DCL问题
来源:互联网 发布:淘宝潮牌男裤店铺推荐 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 10:24
首先在说明单例设计模式中的DCL问题之前我们首先看看实现单例设计模式的两种方式:饿汉式和懒汉式。
什么是饿汉式?
饿汉式就是不管你是否用的上,一开始就先初始化对象(也叫做提前初始化)
代码示例:
public class EagerInitialization{ private static Resource resource = new Resource(); public static Resource getResource(){ return resource; }}
什么是懒汉式?
懒汉式就是当你真正需要使用时才创建对象。
于是,关于懒汉式的问题也就随之产生了~~~
我们先看一下有问题的代码:
代码示例:
public class LazyInitialization{ private static Resource resource; public static Resource getResource(){ if (resource == null) resource = new Resource();//不安全! return resource; }}
我们都知道上面的这个代码在单线程中运行是没有问题的,但是在平时的开发中常常会使用多线程,此时这个方法就会出现问题,假设有两个线程A、B,当A线程满足判断还未来得及执行到resource = new Resource()时,线程执行资格被B拿走,此时线程B进入getResource(),而此时它也满足resource的值为null,于是导致最后产生两个实例。
针对上面的问题,于是有了相应的解决方案,即线程安全的延迟初始化,可以解决懒汉式出现的上述问题:
代码示例:
public class LazyInitialization{ private static Resource resource; public synchronized static Resource getResource(){ if (resource == null) resource = new Resource(); return resource; }}
上面代码通过使用synchronized关键字将getResource变成同步函数来保证方法的原子性,从而保证了线程安全而防止最后多个线程产生多个实例的现象。
我们都知道,在上述例子当中,每次在调用getResource()时都需要进行同步,而且在大多数时这种同步是没有必要的,并且大量无用的同步会对性能造成极大的影响。为什么呢?因为在第一次调用getResource()方法时就已经创建了resource实例了,之后resource就不再为空,然而之后再调用getResource时都需要进行同步,从而对性能造成了很大的影响。基于这些问题,一个新的方法也就产生了,这也是我们需要着重讨论的一个方法——双重检查加锁(Double Check Lock)DCL,首先我们看看DCL的真面目
示例代码:
public class DoubleCheckedLocking{ private static Resource resource; public static Resource getResource(){ if (resource == null) { synchronized (DoubleCheckedLocking.class) { if (resource == null) resource = new Resource(); } } return resource; }}
你可能会疑惑,这样做不是挺好么,这样就可以解决刚刚说的那些问题了么,当resource被实例化后再调用getResource()方法不就不会再进行同步,这样不就节约了资源,提升了性能么?
说的对,DCL确实存在着这些优点,但是与此同时,这个方法也会带来相应的问题,因为这个方法是含有缺陷的:
首先我们看到,DCL方法包含了层判断语句,第一层判断语句用于判断resource对象是否为空,也就是是否被实例化,如果为空时就进入同步代码块进一步判断,问题就出在了resource的实例化语句resource = new Resource()上,因为这个语句实际上不是原子性的。这句话可以大致分解为如下步骤:
1.给Resource的实例分配内存
2.初始化Resource构造器
3.将resource实例指向分配的内存空间,此时resource实例就不再为空
我们都希望这条语句的执行顺序是上述的1——>2——>3,但是,由于Java编译器允许处理器乱序执行,以及JDK1.5之前JMM(Java Memory Medel,即Java内存模型)中Cache、寄存器到主内存回写顺序的规定,上面的第二点和第三点的顺序是无法保证的,也就是说,执行顺序可能是1——>2——>3也可能是1——>3——>2.如果有两个线程A和B,如果A线程执行完1后先执行3然后执行2,并且在3执行完毕、2未执行之前,被切换到线程B上,这时候resource因为已经在线程A内执行过了第三点,resource已经是非空了,所以线程B直接拿走resource,然后使用,然后顺理成章地报错,而且这种难以跟踪难以重现的错误很可能会隐藏很久。
好了,关于DCL的问题阐述完了,那么这个方法既然有问题,那么该如何修改呢?在JMM的后续版本(Java 5.0及以上)中,如果把resource声明为volatile类型,因为volatile可以防止指令的重排序,那么这样就可以启用DCL,并且这种方式对性能的影响很小,因为volatile变量读取操作的性能通常只是略高于非volatile变量读取操作的性能。改进后的DCL方法如下代码所示
代码示例:
public class DoubleCheckedLocking{ private static volatile Resource resource; public static Resource getResource{ if (resource == null) { synchronized (DoubleCheckedLocking.class) { if (resource == null) resource = new Resource(); } } return resource; }}
但是,DCL的这种方法已经被广泛地遗弃了,因为促使该模式出现的驱动力(无竞争同步的执行速度很慢,以及JVM启动时很慢)已经不复存在,因为它不是一种高效的优化措施。延迟初始化占位类模式能带来同样的优势,并且更容易理解,延迟初始化占位类模式代码如下:
代码示例:
public class ResourceFactory{ private static class ResourceHolder { public static Resource resource = new Resource(); } public static Resource getResource(){ return ResourceHolder.resource; }}
参考资料:
《java并发编程实战》
关于volatile的问题可以参考:
http://blog.csdn.net/wxwzy738/article/details/43238089
关于DCL的其他问题可以参考:
http://blog.csdn.net/ns_code/article/details/17359719
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