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. cn_windows虚拟机配置

    1.打开“VMware”,点击“主页”,点“创建新的虚拟机”: 2.会弹出一个“新建虚拟机向导”,类型选择“典型”,点击“下一步”: 3.选择“稍后安装操作系统”,点击“下一步”: 4.选择“Micr ...

  2. mysql基础之数据类型

    一.整型 分为:tinyint .smallint .mediumint .int .bigint 常用的 分为以下三项: tinyint. smallint.int 数据类型 存储范围 字节 tin ...

  3. selenium介绍和环境搭建

    一.简单介绍 1.selenium:Selenium是一个用于Web应用程序测试的工具.Selenium测试直接运行在浏览器中,就像真正的用户在操作一样.支持的浏览器包括IE.Mozilla Fire ...

  4. iOS UIKit x Android Widget

    Android的事件回调Listener相当于iOS的delegate回调. Android的事件回调接口Listener相当于iOS的protocol回调协议. Android的UI容器(Adapt ...

  5. SpringBoot学习(一)—— idea 快速搭建 Spring boot 框架

    简介 优点 Spring Boot 可以以jar包的形式独立运行,运行一个Spring Boot 项目只需要通过 java -jar xx.jar 来运行. Spring Boot 可以选择内嵌Tom ...

  6. PowerMock学习(七)之Mock Constructor的使用

    前言 我们在编码的时候,总习惯在构造器中传参数,那么在powermock中是怎么模拟带参数构造的呢,这并不难. 模拟场景 我们先模拟这样一个场景,通过dao中的传入一个是布尔类型(是否加载)和一个枚举 ...

  7. Java大神带你领略queue的风采

    作为数据结构中比较常见的类型,你足够了解队列(queue)吗?从今天开始,我将为你讲解关于队列(queue)的一切,包括概念.类型和具体使用方法,如果你对此足够感兴趣,赶快来加入我们,我将同你一起探索 ...

  8. Hystrix完整配置列表

    前提 Hystrix在2018年11月20日之后已经停止维护,最后一个提交记录是:Latest commit 3cb2158 on 20 Nov 2018,最后一个正式版本为1.5.18.鉴于目前所在 ...

  9. 【集训Day1 测试】选择课题

    选择课题(bestproject) [问题描述] Robin 要在下个月交给老师 n 篇论文,论文的内容可以从 m 个课题中选择.由于课题数有限,Robin 不得不重复选择一些课题.完成不同课题的论文 ...

  10. selenium webdriver学习--------iframe的处理

    有时候我们在定位一个页面元素的时候发现一直定位不了,反复检查自己写的定位器没有任何问题,代 码也没有任何问题.这时你就要看一下这个页面元素是否在一个iframe中,这可能就是找不到的原因之一.如果你在 ...