DCL的失效：现实与初衷的背离

最近看了 Brian Goetz 写的一篇有关 DCL 的文章：Double-checked locking: Clever, but broken。（2001 年发表于 JavaWorld 上）

这篇文章讲述了 DCL 设计的初衷，但是因为 JVM 的不同实现(没有严格遵循 JMM 规范)导致 DCL 在实际应用中失效。

1. DCL 的设计初衷

DCL 是为了支持 Lazy initialization 而设计的。

我们有多种方式去实现单例模式：

• Eager initialization: 饿加载，当类加载器加载类时就初始化类变量。这种方式可以保证初始化的原子性，但降低了程序的启动性能（类加载过程中的初始化阶段对类变量初始化）。
• Lazy initialization: 懒加载，当需要使用类变量时才进行初始化。这种方式可以提高程序的启动性能，但需要同步来保证初始化的原子性，无疑带来了同步开销。

DCL 的目标是（1）提高程序的启动性能，（2）降低同步开销。

代码示例：

 class SomeClass {
   private Resource resource = null;
   public Resource getResource() {
     if (resource == null)
       resource = new Resource();
     return resource;
   }
 }

2. DCL 失效的原因

DCL 要真正有效，需要依赖 JVM 真正遵循了 JMM 规范。

实际中，编译器、处理器、缓存都可以“自由”执行代码（乱序执行），只要保证 as-if-serial semantics 就行。

这里要提及 synchronized 的作用：

• 互斥执行某段代码
• 触发 memory barrier ,强制线程的工作内存与住内存同步

适当地使用同步可以保证：一个线程预期地看到另一个线程的影响（The proper synchronization guarantees that one thread will see the effects of another in a predictable manner）。

DCL 之所以失效，是因为没有同步地使用 resource。（与上文提到的乱序执行有关，这个与具体的 JVM 版本有关，很多 JVM 实现没有严格实现JMM规范）

3. 解决方案

（1）不使用 DCL；

（2）使用饿加载（Eager initialization）,由类加载器保证类变量初始化的互斥性（每个类只会加载一次）；

（3）懒加载有个特例：只含有一个类变量，不含类方法、实例变量、实例方法；

（4）对 32bit primitive values 有效。