在实现单例模式时，如果未考虑多线程的情况，就容易写出下面的错误代码：
public class Singleton {
private static Singleton uniqueSingleton;
private Singleton() {
}
public Singleton getInstance() {
if (null == uniqueSingleton) {
uniqueSingleton = new Singleton();
}
return uniqueSingleton;
}
}
在多线程的情况下，这样写可能会导致uniqueSingleton有多个实例。比如下面这种情况，考虑有两个线程同时调用getInstance()：
| Time | Thread A | Thread B |
|---|---|---|
| T1 | 检查到uniqueSingleton为空 |
|
| T2 | 检查到uniqueSingleton为空 |
|
| T3 | 初始化对象A
|
|
| T4 | 返回对象A
|
|
| T5 | 初始化对象B
|
|
| T6 | 返回对象B
|
可以看到，uniqueSingleton被实例化了两次并且被不同对象持有。完全违背了单例的初衷。
加锁
出现这种情况，第一反应就是加锁，如下：
public class Singleton {
private static Singleton uniqueSingleton;
private Singleton() {
}
public synchronized Singleton getInstance() {
if (null == uniqueSingleton) {
uniqueSingleton = new Singleton();
}
return uniqueSingleton;
}
}
这样虽然解决了问题，但是因为用到了synchronized，会导致很大的性能开销，并且加锁其实只需要在第一次初始化的时候用到，之后的调用都没必要再进行加锁。
双重检查锁
双重检查锁（double checked locking）是对上述问题的一种优化。先判断对象是否已经被初始化，再决定要不要加锁。
错误的双重检查锁
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;
}
}
如果这样写，运行顺序就成了：
- 检查变量是否被初始化(不去获得锁)，如果已被初始化则立即返回。
- 获取锁。
- 再次检查变量是否已经被初始化，如果还没被初始化就初始化一个对象。
执行双重检查是因为，如果多个线程同时了通过了第一次检查，并且其中一个线程首先通过了第二次检查并实例化了对象，那么剩余通过了第一次检查的线程就不会再去实例化对象。
这样，除了初始化的时候会出现加锁的情况，后续的所有调用都会避免加锁而直接返回，解决了性能消耗的问题。
隐患
上述写法看似解决了问题，但是有个很大的隐患。实例化对象的那行代码（标记为error的那行），实际上可以分解成以下三个步骤：
- 分配内存空间
- 初始化对象
- 将对象指向刚分配的内存空间
但是有些编译器为了性能的原因，可能会将第二步和第三步进行重排序，顺序就成了：
- 分配内存空间
- 将对象指向刚分配的内存空间
- 初始化对象
现在考虑重排序后，两个线程发生了以下调用：
| Time | Thread A | Thread B |
|---|---|---|
| T1 | 检查到uniqueSingleton为空 |
|
| T2 | 获取锁 | |
| T3 | 再次检查到uniqueSingleton为空 |
|
| T4 | 为uniqueSingleton分配内存空间 |
|
| T5 | 将uniqueSingleton指向内存空间 |
|
| T6 | 检查到uniqueSingleton不为空 |
|
| T7 | 访问uniqueSingleton（此时对象还未完成初始化） |
|
| T8 | 初始化uniqueSingleton
|
在这种情况下，T7时刻线程B对uniqueSingleton的访问，访问的是一个初始化未完成的对象。
正确的双重检查锁
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;
}
}
为了解决上述问题，需要在uniqueSingleton前加入关键字volatile。使用了volatile关键字后，重排序被禁止，所有的写（write）操作都将发生在读（read）操作之前。
至此，双重检查锁就可以完美工作了。
参考资料：