双重检查锁定 (Double check locked) 模式经常会出现在一些框架源码中, 目的是为了延迟初始化变量. 这个模式还可以用来创建单例. 下面来看一个 Spring 中双重检查锁定的例子.
这个例子中需要将配置文件加载到 handlerMappings 中, 由于读取资源比较耗时, 所以将动作放到真正需要 handlerMappings 的时候. 我们可以看到 handlerMappings 前面使用了 volatile . 有没有想过为什么一定需要 volatile? 虽然之前了解了双重检查锁定模式的原理, 但是却忽略变量使用了 volatile.
下面我们就来看下这背后的原因.
错误的延迟初始化例子
想到延迟初始化一个变量, 最简单的例子就是取出变量进行判断.
这个例子在单线程环境交易正常运行, 但是在多线程环境就有可能会抛出空指针异常. 为了防止这种情况, 我们需要使用 synchronized . 这样该方法在多线程环境就是安全的, 但是这么做就会导致每次调用该方法获取与释放锁, 开销很大.
深入分析可以得知只有在初始化的变量的需要真正加锁, 一旦初始化之后, 直接返回对象即可.
所以我们可以将该方法改造以下的样子.
这个方法首先判断变量是否被初始化, 没有被初始化, 再去获取锁. 获取锁之后, 再次判断变量是否被初始化. 第二次判断目的在于有可能其他线程获取过锁, 已经初始化改变量. 第二次检查还未通过, 才会真正初始化变量.
这个方法检查判定两次, 并使用锁, 所以形象称为双重检查锁定模式.
这个方案缩小锁的范围, 减少锁的开销, 看起来很完美. 然而这个方案有一些问题却很容易被忽略.
new 实例背后的指令
这个被忽略的问题在于 Cache cache=new Cache() 这行代码并不是一个原子指令. 使用 javap -c 指令, 可以快速查看字节码.
- // 创建 Cache 对象实例, 分配内存
- 0: new #5 // class com/query/Cache
- // 复制栈顶地址, 并再将其压入栈顶
- 3: dup
- // 调用构造器方法, 初始化 Cache 对象
- 4: invokespecial #6 // Method "<init>":()V
- // 存入局部方法变量表
- 7: astore_1
从字节码可以看到创建一个对象实例, 可以分为三步:
分配对象内存
调用构造器方法, 执行初始化
将对象引用赋值给变量.
虚拟机实际运行时, 以上指令可能发生重排序. 以上代码 2,3 可能发生重排序, 但是并不会重排序 1 的顺序. 也就是说 1 这个指令都需要先执行, 因为 2,3 指令需要依托 1 指令执行结果.
Java 语言规规定了线程执行程序时需要遵守 intra-thread semantics.intra-thread semantics 保证重排序不会改变单线程内的程序执行结果. 这个重排序在没有改变单线程程序的执行结果的前提下, 可以提高程序的执行性能.
虽然重排序并不影响单线程内的执行结果, 但是在多线程的环境就带来一些问题.
上面错误双重检查锁定的示例代码中, 如果线程 1 获取到锁进入创建对象实例, 这个时候发生了指令重排序. 当线程 1 执行到 t3 时刻, 线程 2 刚好进入, 由于此时对象已经不为 Null, 所以线程 2 可以自由访问该对象. 然后该对象还未初始化, 所以线程 2 访问时将会发生异常.
volatile 作用
正确的双重检查锁定模式需要需要使用 volatile.volatile 主要包含两个功能.
保证可见性. 使用 volatile 定义的变量, 将会保证对所有线程的可见性.
禁止指令重排序优化.
由于 volatile 禁止对象创建时指令之间重排序, 所以其他线程不会访问到一个未初始化的对象, 从而保证安全性.
注意, volatile 禁止指令重排序在 JDK 5 之后才被修复
使用局部变量优化性能
重新查看 Spring 中双重检查锁定代码.
可以看到方法内部使用局部变量, 首先将实例变量值赋值给该局部变量, 然后再进行判断. 最后内容先写入局部变量, 然后再将局部变量赋值给实例变量.
使用局部变量相对于不使用局部变量, 可以提高性能. 主要是由于 volatile 变量创建对象时需要禁止指令重排序, 这就需要一些额外的操作.
总结
对象的创建可能发生指令的重排序, 使用 volatile 可以禁止指令的重排序, 保证多线程环境内的系统安全.
帮助文档
双重检查锁定与延迟初始化
有关 "双重检查锁定失效" 的说明 http://ifeve.com/doublecheckedlocking/
来源: https://www.cnblogs.com/goodAndyxublog/p/11356402.html