前言
从Java内存模型出发,结合并发编程中的原子性、可见性、有序性三个角度分析volatile所起的作用,并从汇编角度大致说了volatile的原理,说明了该关键字的应用场景;在这补充一点,分析下volatile是怎么在单例模式中避免双检锁出现的问题的。
 
并发编程的3个条件
1、原子性:要实现原子性方式较多,可用synchronized、lock加锁,AtomicInteger等,但volatile关键字是无法保证原子性的;
2、可见性:要实现可见性,也可用synchronized、lock,volatile关键字可用来保证可见性;
3、有序性:要避免指令重排序,synchronized、lock作用的代码块自然是有序执行的,volatile关键字有效的禁止了指令重排序,实现了程序执行的有序性;
 
双重检查锁定模式
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可以正常运行,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,我们需要在该方法上使用 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方法调用都需要获取与释放锁,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。
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。

双重检查锁单例模式为什么要用volatile关键字?的更多相关文章

  1. Java中的双重检查锁(double checked locking)

    最初的代码 在最近的项目中,写出了这样的一段代码 private static SomeClass instance; public SomeClass getInstance() { if (nul ...

  2. 单例模式中用volatile和synchronized来满足双重检查锁机制

    背景:我们在实现单例模式的时候往往会忽略掉多线程的情况,就是写的代码在单线程的情况下是没问题的,但是一碰到多个线程的时候,由于代码没写好,就会引发很多问题,而且这些问题都是很隐蔽和很难排查的. 例子1 ...

  3. 对象部分初始化:原理以及验证代码(双重检查锁与volatile相关)

    对象部分初始化:原理以及验证代码(双重检查锁与volatile相关) 对象部分初始化被称为 Partially initialized objects / Partially constructed ...

  4. 为什么双重检查锁模式需要 volatile ?

    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 ...

  5. Java基础教程:多线程杂谈——双重检查锁与Volatile

    Java基础教程:多线程杂谈——双重检查锁与Volatile 双重检查锁 有时候可能需要推迟一些高开销的对象初始化操作,并且只有在使用这些对象时才进行初始化.此时程序员可能会采用延迟初始化.但要正确实 ...

  6. 【Java学习笔记】线程安全的单例模式及双重检查锁—个人理解

    搬以前写的博客[2014-12-30 16:04] 在web应用中服务器面临的是大量的访问请求,免不了多线程程序,但是有时候,我们希望在多线程应用中的某一个类只能新建一个对象的时候,就会遇到问题. 首 ...

  7. 从简单示例看对象的创建过程, 为什么双重检查的单例模式,分析Volatile关键字不能少

    编译指令 :javac Test.java 反编译指令: javap -v Test 代码 public class ObjectTest { int m = 8; public static voi ...

  8. C++的双重检查锁并不安全(转)

    一个典型的单例模式构建对象的双重检查锁如下: static Singleton * getSingleObject() { if(singleObject==NULL) { lock(); if(si ...

  9. 双重检查锁实现单例(java)

    单例类在Java开发者中非常常用,但是它给初级开发者们造成了很多挑战.他们所面对的其中一个关键挑战是,怎样确保单例类的行为是单例?也就是说,无论任何原因,如何防止单例类有多个实例.在整个应用生命周期中 ...

随机推荐

  1. asp.net以流导出Excel

    废话不多说,直接上代码 这是点击导出的事件函数,因为我是从前端获取的Table的json数据,所以需要转换一下,大家直接用查询出来的DataTable即可 protected void bt_expo ...

  2. python:模块0

    一.模块是更高级的封装: 容器:数据的封装 函数:语句的封装 类   :方法和属性的封装 模块:模块就是程序,即每个.py文件 二.引入 import 模块名 from 模块名 import xx(函 ...

  3. Extjs导入Excel文件之后grid自动刷新显示刚插入的数据

    var winUpload = new Ext.Window({ title: '导入excel文件', width: 400, height:200, listeners: { close: fun ...

  4. opencv 5 图像转换(1 边缘检测)

    边缘检测 一般步骤 canny算子 步骤 canny函数 彩色canny #include<opencv2/opencv.hpp> #include<opencv2/highgui/ ...

  5. 你真的会用JavaScript中的sort方法吗

      在平时的业务开发中,数组(Array) 是我们经常用到的数据类型,那么对数组的排序也很常见,除去使用循环遍历数组的方法来排列数据,使用JS数组中原生的方法 sort 来排列(没错,比较崇尚JS原生 ...

  6. ubuntu 16.04 和 windows 10系统安装mysql 允许远程访问 | mysql user guide on ubuntu 16.04 and windows 10

    本文首发于个人博客https://kezunlin.me/post/36e618e7/,欢迎阅读! mysql user guide on ubuntu 16.04 and windows 10 Pa ...

  7. Vue 指令总结大全

    1.v-text v-text主要用来更新textContent. <p>{{msg}}</p>与<p v-text="msg2"></p ...

  8. 看完这篇还不会用Git,那我就哭了!

    你使用过 Git 吗?也许你已经使用了一段时间,但它的许多奥秘仍然令人困惑. Git 是一个版本控制系统,是任何软件开发项目中的主要内容.通常有两个主要用途:代码备份和代码版本控制.你可以逐步处理代码 ...

  9. UML组件图

    组件图用于可视化在一个系统中的物理组件.这些组件包括库,程序包,文件等. 组件图 = 构件(Component)+接口(Interface)+关系(Relationship)+端口(Port)+连接器 ...

  10. Vue各种配置

    小知识 Vue.prototype和Vue.use的区别 这个是全局可以通过Vue对象获取serring的值 Vue.prototype.$settings = settings; 这个是配置全局环境 ...