前言
单例模式是开发中常见应用模式,在实际开发中一个实例只需创建一次就能满足使用要求,我们选择使用单例模式,避免不必要的内存消耗。
先简单介绍下双重检查单例模式是什么,代码如下:
public class Single {
private Factory factory;
public Factory getFactory(){
if (factory == null){//①
synchronized (Single.class){//②
if (factory == null){//③
factory = new Factory("car","paris");
}
}
}
return factory;
}
}
class Factory{
String name;
String address;
private Factory(){
}
public Factory(String name,String address){
this.name = name;
this.address = address;
}
}
先解释以上代码如何保障只创建一个实例,举个栗子:
- 假设线程a、b同时获取实例,a、b同时走到①;
- a先走到②拿到同步锁,b走到②时由于拿不到锁,于是开始等待;
- a走到③由于第一次加载factory为null,于是初始化factory,释放锁;
- 此时b在②等到了释放的锁,走到③,由于factory已经初始化不为null,直接返回factory;
最终,线程a、b拿到同一个实例。
其次,说明下volatile关键字的作用:
- 保证了不同线程对这个变量进行操作时的可见性,即一个线程修改了某个变量的值,这新值对其他线程来说是立即可见的;
- 能禁止指令重排序,保证代码的有序性;
可见性
可见性是指当多个线程访问同一个变量时,一个线程修改了这个变量的值,其他线程能够立即看得到修改的值。
举个简单的例子,看下面这段代码:
//线程1执行的代码
int i = 0;
i = 10;
//线程2执行的代码
j = i;
假若执行线程1的是CPU1,执行线程2的是CPU2。由上面的分析可知,当线程1执行 i =10这句时,会先把i的初始值加载到CPU1的高速缓存中,然后赋值为10,那么在CPU1的高速缓存当中i的值变为10了,却没有立即写入到主存当中。
此时线程2执行 j = i,它会先去主存读取i的值并加载到CPU2的缓存当中,注意此时内存当中i的值还是0,那么就会使得j的值为0,而不是10.
这就是可见性问题,线程1对变量i修改了之后,线程2没有立即看到线程1修改的值。
有序性
有序性:即程序执行的顺序按照代码的先后顺序执行。举个简单的例子,看下面这段代码:
int i = 0;
boolean flag = false;
i = 1; //语句1
flag = true; //语句2
上面代码定义了一个int型变量,定义了一个boolean类型变量,然后分别对两个变量进行赋值操作。从代码顺序上看,语句1是在语句2前面的,那么JVM在真正执行这段代码的时候会保证语句1一定会在语句2前面执行吗?不一定,为什么呢?这里可能会发生指令重排序(Instruction Reorder)。
下面解释一下什么是指令重排序,一般来说,处理器为了提高程序运行效率,可能会对输入代码进行优化,它不保证程序中各个语句的执行先后顺序同代码中的顺序一致,但是它会保证程序最终执行结果和代码顺序执行的结果是一致的。
比如上面的代码中,语句1和语句2谁先执行对最终的程序结果并没有影响,那么就有可能在执行过程中,语句2先执行而语句1后执行。
int a = 10; //语句1
int r = 2; //语句2
a = a + 3; //语句3
r = a*a; //语句4
这段代码有4个语句,那么可能的一个执行顺序是:
语句2—>语句1—>语句3—>语句4
那么可不可能是这个执行顺序呢: 语句2—>语句1—>语句4—> 语句3
不可能,因为处理器在进行重排序时是会考虑指令之间的数据依赖性,如果一个指令Instruction 2必须用到Instruction 1的结果,那么处理器会保证Instruction 1会在Instruction 2之前执行。
虽然重排序不会影响单个线程内程序执行的结果,但是多线程呢?下面看一个例子:
//线程1:
context = loadContext(); //语句1
inited = true; //语句2
//线程2:
while(!inited ){
sleep()
}
doSomethingwithconfig(context);
上面代码中,由于语句1和语句2没有数据依赖性,因此可能会被重排序。假如发生了重排序,在线程1执行过程中先执行语句2,而此是线程2会以为初始化工作已经完成,那么就会跳出while循环,去执行doSomethingwithconfig(context)方法,而此时context并没有被初始化,就会导致程序出错。
从上面可以看出,指令重排序不会影响单个线程的执行,但是会影响到线程并发执行的正确性。
也就是说,要想并发程序正确地执行,必须要保证原子性、可见性以及有序性。只要有一个没有被保证,就有可能会导致程序运行不正确。
以上可见性和有序性内容摘抄以下博客,更多详细知识可在其博客查看,感谢分享http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3920373.html
最终开始分析双重检查单例为什么要加volatile?不加volatile会有什么问题么?
首先分析不加volatile会有什么问题,回到最早我们分析的代码如下
private Factory factory;
public Factory getFactory(){
if (factory == null){//①
synchronized (Single.class){//②
if (factory == null){//③
factory = new Factory("car","paris");//④
}
}
}
return factory;
}
还是举个栗子:线程a、b同时获取factory实例,之间的分析不再重复,大家可以自行回忆;a到了④的位置,b在等待中,④的代码
factory = new Factory("car","paris");
我们可以拆分成三部分
a.获取对象地址;
b.初始化一个Factory对象;
c.将factory引用指向初始化的对象;
根据以上有序性的分析;④的代码执行顺序会有:a—>b—>c和a—>c—>b 两种情况,只要最终结果一致,在java内存中以上执行顺序都有可能发生。
问题就出在执行顺序上,a—>b—>c顺序执行不会有什么问题;
如果执行a—>c—>b,我们推测下会有什么情况发生:
a到了④的位置,b在等待中,a—>c—>b时,factory拿到对象地址,对象正在初始化中;
b获取锁返回factory,此时factory对象还未初始化完成或部分部分初始化,拿着factory进行其他操作,会导致空指针或操作与预期结果不一致问题。
在factory前加volatile关键字,就能确保执行顺序为 a—>b—>c 因为c有volatile修饰,如有不明白可返回上面章节 有序性 查阅。
最终结论,双重检查单例利用了volatile的能禁止指令重排序特性,保证代码的有序性。
以上就是全部内容,有错误或不妥的地方,希望大家能及时指出,共同进步。