单例模式--双重检查判断--编译优化后异常--浅析

清疚 2023-06-16 04:58 1阅读 0赞

# 单例模式--双重检查判断--编译优化后异常--浅析  #

一.示例代码：

public class Singleton {
    
       private static Singleton instance;
    
       private Singleton() {}
    
       public static Singleton getInstance() {
           if (instance == null) {//检查判断1
               synchronized (Singleton.class) {
                   if (instance == null) {//检查判断2
                       instance = new Singleton();
                   }
               }
           }
           return instance;
       }
    }

>  *  思路：  
>     1）当线程A、B同时调用getInstance()方法，他们同时发现 instance == null成立(检查判断1)，同时去获取的Singleton.class锁  
>     2）其中线程A获取到锁，线程B 处于等待状态；线程A会创建一个SingleTon实例，之后释放锁  
>     3）线程A释放锁后，线程B 被唤醒，线程B获取到锁，然后线程B检查  
>     instance == null 不成立(检查判断2)，不会再创建Singleton实例对象

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二.存在的问题：  
上述单例模式的创建方式，线程安全、懒加载、性能高，但`在new Singleton()的操作中却可能带来空指针的异常问题`

*   我们认为的new Singleton()操作

>  *  1）分配内存地址 M
>  *  2）在内存 M 上初始化Singleton 对象
>  *  3）将M的地址赋值给 instance 对象

*   JVM编译优化后可能的new Singleton()操作

>  *  1）分配内存地址 M
>  *  2）将M的地址赋值给instance变量
>  *  3）在内存M上初始化 Singleton 对象

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTA0NzkzMw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

*   异常发生过程（如上图，JVM创建new Instance()对象时先赋值再初始化）

>  *  1）线程A先执行getInstance()方法，当线程A在执行完变量的内存地址赋值(尚未初始化)时，发生线程切换，线程B获得CPU的执行权
>  *  2）线程B在执行第一个判断，发现 instance == null条件不成立，直接返回instance，但此时instance并没有初始化，此时访问instance对象的成员变量就可能发生空指针异常

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三.解决方式：  
上述问题出现的本质原因是，JVM在编译时的执行重排序造成的，所以只要禁止指令重排序，就可以解决这个问题，所以需要在`Singleton对象的成员变量instance前加volatile关键字`

private volatile static Singleton instance;

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四.扩展-线程切换：

*   线程切换：

> 操作系统允许某个进程执行一小段时间，如50ms，过了50ms操作系统会重新选择一个进程来执行（任务切换），这个50ms称为时间片  
> Java并发是基于多线程的，大多数的并发bug都是由于线程切换造成的

Java的一条语句对应的cpu指令可能是多条，其中任意一条cpu指令在执行完都可能发生线程切换

*   如：count += 1，对应cpu 指令：

>  *  1）将变量count从内存加载到cpu寄存器
>  *  2）寄存器中 +1
>  *  3）将结果写入内存（缓存机制写入的可能是cpu而不是内存）

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MTA0NzkzMw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

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