单例模式之双重检查锁（double check locking）的发展历程

不安全的单例

没有注意过多线程安全问题的时候，我们的单例可能是这样的：

public final class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton () {
    }

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton ();
        }
        return instance;
    }
}

这种写法在单线程中没有问题，但多线程中却会有两个引用对象，可以观察下两个线程调用的情况：

Time	Thread A	Thread B
T1	检查到instance为空
T2		检查到instance为空
T3		初始化对象A
T4		返回对象A
T5	初始化对象B
T6	返回对象B

此使连个线程调用方分别拥有两个对象A、B的实例，就完全不是单例了

解决方法

加锁（synchronized）

public final class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton () {
    }

    public static synchronized	Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton ();
        }
        return instance;
    }
}

在getInstance()方法中增加synchronized，保证了线程安全性，既简单又好理解，但性能不高，因为每次调用getInstance()方法都需要加锁（实际上只需要第一次初始化进行加锁），所以需要针对这个问题进行优化

双重检查锁

public final class Singleton {

    private static Singleton instance;

    private Singleton () {
    }

    public static Singleton getInstance() {
		if (null == instance) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if (null == instance) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
        return instance;
    }
}

synchronized加锁仅发生在对象需要实例化的时候，否则其它情况都是直接返回已有的对象。

隐患（指令重排）

instance = new Singleton();这句代码可以分解成三步骤：

分配内存空间
初始化对象
将对象指向刚分配的内存空间

但有些编译器为了性能原因，可能会将第2步和第3步进行重排序，重排后顺序可能就是：

分配内存空间
将对象指向刚分配的内存空间
初始化对象

现在考虑重排后，两个线程发生了以下调用：

Time	Thread A	Thread B
T1	检查到instance为空
T2	获取锁
T3	再次检查到instance为空
T4	为instance分配内存空间
T5	将instance指向内存空间（重排后的第2步）
T6		检查到instance不为空
T7		访问instance（此时对象还未完成初始化）
T8	初始化instance（重排后的第3步）

这种情况下Thread B访问的是一个还没有初始化的对象。

解决指令重排隐患（最正确的双重锁方式）

public final class Singleton {

    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton () {
    }

    public static Singleton getInstance() {
		if (null == instance) {
			synchronized (Singleton.class) {
				if (null == instance) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
        return instance;
    }
}

在instance字段增加volatile后，防止了指令重排，按照预想的执行顺序先初始化对象再指向内存空间，并且所有的写（write）操作都将发⽣在读（read）操作之前

扩展

在对象实例化时的加锁性能可以再进行优化，那就是通过加入局部变量的方式，性能可以提高25%，可以参考《Effective Java, Second Edition》 p. 283-284

    public static Singleton getInstance() {
        // 局部变量将性能提高25%，
        Singleton result = instance;
        // 单例双重检查
        // 第一重
        if (result == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                result = instance;
                // 第二重
                if (result == null) {
                    instance = result = new Singleton();
                }
            }
        }
        return result;
    }