单例模式-双重检查锁（DCL）和volatile 的应用

单例模式-双重检查锁（DCL， 即 double-checked locking）

代码示例如下：

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
 *
 * @author 
 * @date 2022-06-22 10:08:26
 */
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 null
        if (lazySingleton == null) {
            // 使⽤ synchronized 加锁
            synchronized (LazySingletonDCL.class) {
                // 第二重检查是否为 null
                if (lazySingleton == null) {
                    lazySingleton = new LazySingletonDCL();
                }
            }
        }
        return lazySingleton;
    }

}

解释说明

优点：懒加载，线程安全，效率较⾼ 缺点：实现较复杂

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：

1. 在堆内存开辟内存空间
2. 调⽤构造⽅法，初始化对象
3. 引⽤变量指向堆内存空间

对应字节码指令如下：

在这里插入图片描述

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 1 2 3 或者 1 3 2 ，因此当某个线程在乱序运⾏ 1 3 2 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 null 实例，这样的话就会出现异常，这个就是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。