面试问到DCL失效不知所措
背景
最近在学习设计模式的时候看到了单例模式,里面还是有很多内容的,比如双重检查锁方式实现的单例模式,就是一个面试考点,接下来我们就来详细说说。
单例模式
单例模式很简单,就是在构造函数中多了加一个构造函数,访问权限是 private 的就可以了,这个模式是简单,但有时候简单的东西也很容易出问题。在高并发的项目中,每个请求都要创建同一个单例对象。如果没有控制好,创建了多个单例对象,那就会导致业务逻辑混乱,数据一致性校验失败等复杂的问题,而且难以排查。为了解决这一问题,我们可以使用双重检查锁实现单例模式。
单例模式-双重检查锁(DCL, 即 double-checked locking)
实现代码如下:
package com.hsy.demo;/*** 懒汉单例** 优点:懒加载,线程安全,效率较⾼* 缺点:实现较复杂** @date 2022-04-01 11:08:26* @since*/
public class LazySingletonDCL {/*** 私有构造函数** @param* @author Huangshaoyang* @date 2022-04-01 11:04:10* @since*/private LazySingletonDCL() {}/*** 定义⼀个静态变量指向⾃⼰类型** volatile 避免DCL 失效*/private volatile static LazySingletonDCL lazySingleton = null;/*** 获取实例方法** @param* @author Huangshaoyang* @date 2022-04-01 10:04:33* @since*/public static LazySingletonDCL getLazySingleton() {// 第⼀重检查是否为 nullif (lazySingleton == null) {// 使⽤ synchronized 加锁synchronized (LazySingletonDCL.class) {// 第二重检查是否为 nullif (lazySingleton == null) {lazySingleton = new LazySingletonDCL();}}}return lazySingleton;}}
这种实现方式的优点:懒加载,线程安全,效率较⾼
这种实现方式的缺点:实现较复杂
实现原理
这⾥的双重检查是指两次⾮空判断,锁指的是 synchronized 加锁,为什么要进⾏双重判断,其实很简单,第⼀重判断,如果实例已经存在,那么就不再需要进⾏同步操作,⽽是直接返回这个实例,如果没有创建,才会进⼊同步块,同步块的⽬的与之前相同,⽬的是为了防⽌有多个线程同时调⽤时,导致⽣成多个实例,有了同步块,每次只能有⼀个线程调⽤访问同步块内容,当第⼀个抢到锁的调⽤获取了实例之后,这个实例就会被创建,之后的所有调⽤都不会进⼊同步块,直接在第⼀重判断就返回单例。
关于内部的第⼆重空判断的作⽤,当多个线程⼀起到达锁位置时,进⾏锁竞争,其中⼀个线程获取锁,如果是第⼀次进⼊则为 null,会进⾏单例对象的创建,完成后释放锁,其他线程获取锁后就会被空判断拦截,直接返回已创建的单例对象。
其中最关键的⼀个点就是 volatile 关键字的使⽤,关于 volatile 的详细介绍可以直接搜索 volatile 关键字即可,有很多写的⾮常好的⽂章,这⾥不做详细介绍。
简单说明⼀下,双重检查锁中使⽤ volatile 的两个重要特性:可⻅性、禁⽌指令重排序。
这⾥为什么要使用volatile ?
这是因为 new 关键字创建对象不是原⼦操作,创建⼀个对象会经历下⾯的步骤:
在堆内存开辟内存空间
调⽤构造⽅法,初始化对象
引⽤变量指向堆内存空间
对应字节码指令如下:
9: astore_0
10: monitorenter #synchronized锁
11: getstatic
14: ifnonnull
17:new
20:dup
21:invokespecial
24:putstatic
27: aload_0
28: monitorexit
29: goto
为了提⾼性能,编译器和处理器常常会对既定的代码执⾏顺序进⾏指令重排序,从源码到最终执⾏指令会经历如下流程:
1、源码
2、编译器优化重排序
3、指令级并⾏重排序
4、内存系统重排序
5、最终执⾏指令序列
所以经过指令重排序之后,创建对象的执⾏顺序可能为17、21、24或者17、24、21,因此当某个线程在乱序运⾏17、24、21指令的时候,引⽤变量指向堆内存空间,这个对象不为 null,但是没有初始化,其他线程有可能这个时候进⼊了 getInstance 的第⼀个 if(instance == null) 判断不为 nulll ,导致错误使用了没有初始化的非空实例,这样的话就会出现异常,这个就是著名的DCL 失效问题。
当我们在引⽤变量上⾯添加 volatile 关键字以后,会通过在创建对象指令的前后添加内存屏障来禁⽌指令重排序,就可以避免这个问题,⽽且对volatile 修饰的变量的修改对其他任何线程都是可⻅的。
THE END.
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