双重检查加锁与 volatile

coderbee笔记 2021-05-23

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一个问题：双重检查加锁为什么用了 volatile 就可以正确工作？

反过来问：不用 volatile 修饰 resource
属性有什么问题？

双重检查加锁的简单示例：

public class DoubleCheckedLocking {
    private static Resource resource;


    public static Resource getInstance() {
        if (resource == null) {     // LL01
            synchronized (DoubleCheckedLocking.class) {
                if (resource == null) {
                    resource = new Resource();
                }
            }
        }
        return resource;
    }
}

上述代码反编译后的字节码指令如下：

$ javap -c DoubleCheckedLocking.class
Compiled from "DoubleCheckedLocking.java"
public class net.coderbee.dcl.DoubleCheckedLocking {
  public net.coderbee.dcl.DoubleCheckedLocking();
    Code:
       0: aload_0
       1: invokespecial #10                 // Method java/lang/Object."<init>":()V
       4: return


  public static net.coderbee.dcl.Resource getInstance();
    Code:
       0: getstatic     #18                 // Field resource:Lnet/coderbee/dcl/Resource;
       3: ifnonnull     35
       6: ldc           #1                  // class net/coderbee/dcl/DoubleCheckedLocking
       8: dup
       9: astore_0
      10: monitorenter
      11: getstatic     #18                 // Field resource:Lnet/coderbee/dcl/Resource;
      14: ifnonnull     27
      17: new           #20                 // class net/coderbee/dcl/Resource
      20: dup
      21: invokespecial #22                 // Method net/coderbee/dcl/Resource."<init>":()V
      24: putstatic     #18                 // Field resource:Lnet/coderbee/dcl/Resource;
      27: aload_0
      28: monitorexit
      29: goto          35
      32: aload_0
      33: monitorexit
      34: athrow
      35: getstatic     #18                 // Field resource:Lnet/coderbee/dcl/Resource;
      38: areturn
    Exception table:
       from    to  target type
          11    29    32   any
          32    34    32   any
}

最重要的是下面这几行，Java 里创建一个对象包含三个步骤：分配内存、执行初始化、赋值给引用。

17: new           #20                 // class net/coderbee/dcl/Resource
20: dup
21: invokespecial #22                 // Method net/coderbee/dcl/Resource."<init>":()V
24: putstatic     #18                 // Field

由于重排序的原因，可能在初始化之前就把对象赋值给引用，导致访问的线程看到一个未初始化完成的对象。这就是双重检查加锁不用 volatile 的致命问题。

《Java并发编程实践》里提到的一些可能重排序的场景：

编译器生成的指令顺序可以与源码中的顺序不同。
编译器会把变量保存在寄存器中，而不是内存中。
处理器可以采用乱序或并行等方式来执行指令。
缓存可能会改变将写入变量提交到主内存的顺序。
保存在处理器本地缓存中的值，对其他处理器不可见。

结合 DoubleCheckedLocking
代码来看看什么情况下就会出现上述问题：
加入线程A调用 getInstance
方法，发现 resource 引用是空的，就进入同步块，再次判断发现 resource 还是为空，开始创建对象的第一步分配内存，由于重排序，把新对象的赋值给了 resource，并刷新到了主存；此时另一个线程B 也调用 getInstance
方法，发现 resource 引用非空，直接开始访问 resouce 对象，它访问的对象可能是未初始化完成的。

加上 volatile 可能禁止指令重排序，要求给引用赋值必须在对象初始化完成之后。

对于延迟初始化，推荐的是资源占位符类模式，示例如下：

public class ResourceFactory {
    static class ResourceHolder {
        static Resource resource = new Resource();
    }


    public static Resource getInstance() {
        return ResourceHolder.resource;
    }
}

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