雙重檢查鎖定及單例模式

全面理解這一失效的編程習(xí)語

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級別： 中級

Peter Haggar , 高級軟件工程師, IBM

2004 年 5 月 01 日

所 有的編程語言都有一些共用的習(xí)語。了解和使用一些習(xí)語很有用，程序員們花費(fèi)寶貴的時(shí)間來創(chuàng)建、學(xué)習(xí)和實(shí)現(xiàn)這些習(xí)語。問題是，稍后經(jīng)過證明，一些習(xí)語并不完 全如其所聲稱的那樣，或者僅僅是與描述的功能不符。在 Java 編程語言中，雙重檢查鎖定就是這樣的一個(gè)絕不應(yīng)該使用的習(xí)語。在本文中，Peter Haggar 介紹了雙重檢查鎖定習(xí)語的淵源，開發(fā)它的原因和它失效的原因。

編輯注 ：本文在針對 Java 5.0 修訂前參考了 Java 內(nèi)存模型；關(guān)于內(nèi)存排序的描述也許不再正確。盡管如此，在新的內(nèi)存模型中，雙重檢查鎖定習(xí)語仍舊是無效的。

單 例創(chuàng)建模式是一個(gè)通用的編程習(xí)語。和多線程一起使用時(shí)，必需使用某種類型的同步。在努力創(chuàng)建更有效的代碼時(shí)，Java 程序員們創(chuàng)建了雙重檢查鎖定習(xí)語，將其和單例創(chuàng)建模式一起使用，從而限制同步代碼量。然而，由于一些不太常見的 Java 內(nèi)存模型細(xì)節(jié)的原因，并不能保證這個(gè)雙重檢查鎖定習(xí)語有效。它偶爾會(huì)失敗，而不是總失敗。此外，它失敗的原因并不明顯，還包含 Java 內(nèi)存模型的一些隱秘細(xì)節(jié)。這些事實(shí)將導(dǎo)致代碼失敗，原因是雙重檢查鎖定難于跟蹤。在本文余下的部分里，我們將詳細(xì)介紹雙重檢查鎖定習(xí)語，從而理解它在何處 失效。

單例創(chuàng)建習(xí)語

要理解雙重檢查鎖定習(xí)語是從哪里起源的，就必須理解通用單例創(chuàng)建習(xí)語，如清單 1 中的闡釋：

                    				

import java.util.*;
class Singleton
{
  private static Singleton instance;
  private Vector v;
  private boolean inUse;

  private Singleton()
  {
    v = new Vector();
    v.addElement(new Object());
    inUse = true;
  }

  public static Singleton getInstance()
  {
    if (instance == null)          //1
      instance = new Singleton();  //2
    return instance;               //3
  }
}

                  

此類的設(shè)計(jì)確保只創(chuàng)建一個(gè) Singleton 對象。構(gòu)造函數(shù)被聲明為 private ， getInstance() 方法只創(chuàng)建一個(gè)對象。這個(gè)實(shí)現(xiàn)適合于單線程程序。然而，當(dāng)引入多線程時(shí)，就必須通過同步來保護(hù) getInstance() 方法。如果不保護(hù) getInstance() 方法，則可能返回 Singleton 對象的兩個(gè)不同的實(shí)例。假設(shè)兩個(gè)線程并發(fā)調(diào)用 getInstance() 方法并且按以下順序執(zhí)行調(diào)用：

1. 線程 1 調(diào)用 getInstance() 方法并決定 instance 在 //1 處為 null 。
   
   
2. 線程 1 進(jìn)入 if 代碼塊，但在執(zhí)行 //2 處的代碼行時(shí)被線程 2 預(yù)占。
   
   
3. 線程 2 調(diào)用 getInstance() 方法并在 //1 處決定 instance 為 null 。
   
   
4. 線程 2 進(jìn)入 if 代碼塊并創(chuàng)建一個(gè)新的 Singleton 對象并在 //2 處將變量 instance 分配給這個(gè)新對象。
   
   
5. 線程 2 在 //3 處返回 Singleton 對象引用。
   
   
6. 線程 2 被線程 1 預(yù)占。
   
   
7. 線程 1 在它停止的地方啟動(dòng)，并執(zhí)行 //2 代碼行，這導(dǎo)致創(chuàng)建另一個(gè) Singleton 對象。
   
   
8. 線程 1 在 //3 處返回這個(gè)對象。

結(jié)果是 getInstance() 方法創(chuàng)建了兩個(gè) Singleton 對象，而它本該只創(chuàng)建一個(gè)對象。通過同步 getInstance() 方法從而在同一時(shí)間只允許一個(gè)線程執(zhí)行代碼，這個(gè)問題得以改正，如清單 2 所示：

                    				

public static synchronized Singleton getInstance()
{
  if (instance == null)          //1
    instance = new Singleton();  //2
  return instance;               //3
}

                  

清單 2 中的代碼針對多線程訪問 getInstance() 方法運(yùn)行得很好。然而，當(dāng)分析這段代碼時(shí)，您會(huì)意識(shí)到只有在第一次調(diào)用方法時(shí)才需要同步。由于只有第一次調(diào)用執(zhí)行了 //2 處的代碼，而只有此行代碼需要同步，因此就無需對后續(xù)調(diào)用使用同步。所有其他調(diào)用用于決定 instance 是非 null 的，并將其返回。多線程能夠安全并發(fā)地執(zhí)行除第一次調(diào)用外的所有調(diào)用。盡管如此，由于該方法是 synchronized 的，需要為該方法的每一次調(diào)用付出同步的代價(jià)，即使只有第一次調(diào)用需要同步。

為使此方法更為有效，一個(gè)被稱為雙重檢查鎖定的習(xí)語就應(yīng)運(yùn)而生了。這個(gè)想法是為了避免對除第一次調(diào)用外的所有調(diào)用都實(shí)行同步的昂貴代價(jià)。同步的代價(jià)在不同的 JVM 間是不同的。在早期，代價(jià)相當(dāng)高。隨著更高級的 JVM 的出現(xiàn)，同步的代價(jià)降低了，但出入 synchronized 方法或塊仍然有性能損失。不考慮 JVM 技術(shù)的進(jìn)步，程序員們絕不想不必要地浪費(fèi)處理時(shí)間。

因?yàn)橹挥星鍐?2 中的 //2 行需要同步，我們可以只將其包裝到一個(gè)同步塊中，如清單 3 所示：

                    				

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

                  

清單 3 中的代碼展示了用多線程加以說明的和清單 1 相同的問題。當(dāng) instance 為 null 時(shí)，兩個(gè)線程可以并發(fā)地進(jìn)入 if 語句內(nèi)部。然后，一個(gè)線程進(jìn)入 synchronized 塊來初始化 instance ，而另一個(gè)線程則被阻斷。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程退出 synchronized 塊時(shí)，等待著的線程進(jìn)入并創(chuàng)建另一個(gè) Singleton 對象。注意：當(dāng)?shù)诙€(gè)線程進(jìn)入 synchronized 塊時(shí)，它并沒有檢查 instance 是否非 null 。

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雙重檢查鎖定

為處理清單 3 中的問題，我們需要對 instance 進(jìn)行第二次檢查。這就是“雙重檢查鎖定”名稱的由來。將雙重檢查鎖定習(xí)語應(yīng)用到清單 3 的結(jié)果就是清單 4 。

                    				

public static Singleton getInstance()
{
  if (instance == null)
  {
    synchronized(Singleton.class) {  //1
      if (instance == null)          //2
        instance = new Singleton();  //3
    }
  }
  return instance;
}

                  

雙重檢查鎖定背后的理論是：在 //2 處的第二次檢查使（如清單 3 中那樣）創(chuàng)建兩個(gè)不同的 Singleton 對象成為不可能。假設(shè)有下列事件序列：

1. 線程 1 進(jìn)入 getInstance() 方法。
   
   
2. 由于 instance 為 null ，線程 1 在 //1 處進(jìn)入 synchronized 塊。
   
   
3. 線程 1 被線程 2 預(yù)占。
   
   
4. 線程 2 進(jìn)入 getInstance() 方法。
   
   
5. 由于 instance 仍舊為 null ，線程 2 試圖獲取 //1 處的鎖。然而，由于線程 1 持有該鎖，線程 2 在 //1 處阻塞。
   
   
6. 線程 2 被線程 1 預(yù)占。
   
   
7. 線程 1 執(zhí)行，由于在 //2 處實(shí)例仍舊為 null ，線程 1 還創(chuàng)建一個(gè) Singleton 對象并將其引用賦值給 instance 。
   
   
8. 線程 1 退出 synchronized 塊并從 getInstance() 方法返回實(shí)例。
   
   
9. 線程 1 被線程 2 預(yù)占。
   
   
10. 線程 2 獲取 //1 處的鎖并檢查 instance 是否為 null 。
    
    
11. 由于 instance 是非 null 的，并沒有創(chuàng)建第二個(gè) Singleton 對象，由線程 1 創(chuàng)建的對象被返回。

雙重檢查鎖定背后的理論是完美的。不幸地是，現(xiàn)實(shí)完全不同。雙重檢查鎖定的問題是：并不能保證它會(huì)在單處理器或多處理器計(jì)算機(jī)上順利運(yùn)行。

雙重檢查鎖定失敗的問題并不歸咎于 JVM 中的實(shí)現(xiàn) bug，而是歸咎于 Java 平臺(tái)內(nèi)存模型。內(nèi)存模型允許所謂的“無序?qū)懭搿保@也是這些習(xí)語失敗的一個(gè)主要原因。

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無序?qū)懭?

為解釋該問題，需要重新考察上述清單 4 中的 //3 行。此行代碼創(chuàng)建了一個(gè) Singleton 對象并初始化變量 instance 來引用此對象。這行代碼的問題是：在 Singleton 構(gòu)造函數(shù)體執(zhí)行之前，變量 instance 可能成為非 null 的。

什么？這一說法可能讓您始料未及，但事實(shí)確實(shí)如此。在解釋這個(gè)現(xiàn)象如何發(fā)生前，請先暫時(shí)接受這一事實(shí)，我們先來考察一下雙重檢查鎖定是如何被破壞的。假設(shè)清單 4 中代碼執(zhí)行以下事件序列：

1. 線程 1 進(jìn)入 getInstance() 方法。
   
   
2. 由于 instance 為 null ，線程 1 在 //1 處進(jìn)入 synchronized 塊。
   
   
3. 線程 1 前進(jìn)到 //3 處，但在構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行 之前 ，使實(shí)例成為非 null 。
   
   
4. 線程 1 被線程 2 預(yù)占。
   
   
5. 線程 2 檢查實(shí)例是否為 null 。因?yàn)閷?shí)例不為 null，線程 2 將 instance 引用返回給一個(gè)構(gòu)造完整但部分初始化了的 Singleton 對象。
   
   
6. 線程 2 被線程 1 預(yù)占。
   
   
7. 線程 1 通過運(yùn)行 Singleton 對象的構(gòu)造函數(shù)并將引用返回給它，來完成對該對象的初始化。

此事件序列發(fā)生在線程 2 返回一個(gè)尚未執(zhí)行構(gòu)造函數(shù)的對象的時(shí)候。

為展示此事件的發(fā)生情況，假設(shè)為代碼行 instance =new Singleton(); 執(zhí)行了下列偽代碼： instance =new Singleton();

                    mem = allocate();             //Allocate memory for Singleton object.
instance = mem;               //Note that instance is now non-null, but
                              //has not been initialized.
ctorSingleton(instance);      //Invoke constructor for Singleton passing
                              //instance.

                  

這段偽代碼不僅是可能的，而且是一些 JIT 編譯器上真實(shí)發(fā)生的。執(zhí)行的順序是顛倒的，但鑒于當(dāng)前的內(nèi)存模型，這也是允許發(fā)生的。JIT 編譯器的這一行為使雙重檢查鎖定的問題只不過是一次學(xué)術(shù)實(shí)踐而已。

為說明這一情況，假設(shè)有清單 5 中的代碼。它包含一個(gè)剝離版的 getInstance() 方法。我已經(jīng)刪除了“雙重檢查性”以簡化我們對生成的匯編代碼（清單 6）的回顧。我們只關(guān)心 JIT 編譯器如何編譯 instance=new Singleton(); 代碼。此外，我提供了一個(gè)簡單的構(gòu)造函數(shù)來明確說明匯編代碼中該構(gòu)造函數(shù)的運(yùn)行情況。

                    				

class Singleton
{
  private static Singleton instance;
  private boolean inUse;
  private int val;  

  private Singleton()
  {
    inUse = true;
    val = 5;
  }
  public static Singleton getInstance()
  {
    if (instance == null)
      instance = new Singleton();
    return instance;
  }
}

                  

清單 6 包含由 Sun JDK 1.2.1 JIT 編譯器為清單 5 中的 getInstance() 方法體生成的匯編代碼。

                    				

;asm code generated for getInstance
054D20B0   mov         eax,[049388C8]      ;load instance ref
054D20B5   test        eax,eax             ;test for null
054D20B7   jne         054D20D7
054D20B9   mov         eax,14C0988h
054D20BE   call        503EF8F0            ;allocate memory
054D20C3   mov         [049388C8],eax      ;store pointer in 
                                           ;instance ref. instance  
                                           ;non-null and ctor
                                           ;has not run
054D20C8   mov         ecx,dword ptr [eax] 
054D20CA   mov         dword ptr [ecx],1   ;inline ctor - inUse=true;
054D20D0   mov         dword ptr [ecx+4],5 ;inline ctor - val=5;
054D20D7   mov         ebx,dword ptr ds:[49388C8h]
054D20DD   jmp         054D20B0

                  

注: 為引用下列說明中的匯編代碼行，我將引用指令地址的最后兩個(gè)值，因?yàn)樗鼈兌家? 054D20 開頭。例如， B5 代表 test eax,eax 。

匯編代碼是通過運(yùn)行一個(gè)在無限循環(huán)中調(diào)用 getInstance() 方法的測試程序來生成的。程序運(yùn)行時(shí)，請運(yùn)行 Microsoft Visual C++ 調(diào)試器并將其附到表示測試程序的 Java 進(jìn)程中。然后，中斷執(zhí)行并找到表示該無限循環(huán)的匯編代碼。

B0 和 B5 處的前兩行匯編代碼將 instance 引用從內(nèi)存位置 049388C8 加載至 eax 中，并進(jìn)行 null 檢查。這跟清單 5 中的 getInstance() 方法的第一行代碼相對應(yīng)。第一次調(diào)用此方法時(shí)， instance 為 null ，代碼執(zhí)行到 B9 。 BE 處的代碼為 Singleton 對象從堆中分配內(nèi)存，并將一個(gè)指向該塊內(nèi)存的指針存儲(chǔ)到 eax 中。下一行代碼， C3 ，獲取 eax 中的指針并將其存儲(chǔ)回內(nèi)存位置為 049388C8 的實(shí)例引用。結(jié)果是， instance 現(xiàn)在為非 null 并引用一個(gè)有效的 Singleton 對象。然而，此對象的構(gòu)造函數(shù)尚未運(yùn)行，這恰是破壞雙重檢查鎖定的情況。然后，在 C8 行處， instance 指針被解除引用并存儲(chǔ)到 ecx 。 CA 和 D0 行表示內(nèi)聯(lián)的構(gòu)造函數(shù)，該構(gòu)造函數(shù)將值 true 和 5 存儲(chǔ)到 Singleton 對象。如果此代碼在執(zhí)行 C3 行后且在完成該構(gòu)造函數(shù)前被另一個(gè)線程中斷，則雙重檢查鎖定就會(huì)失敗。

不是所有的 JIT 編譯器都生成如上代碼。一些生成了代碼，從而只在構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行后使 instance 成為非 null 。 針對 Java 技術(shù)的 IBM SDK 1.3 版和 Sun JDK 1.3 都生成這樣的代碼。然而，這并不意味著應(yīng)該在這些實(shí)例中使用雙重檢查鎖定。該習(xí)語失敗還有一些其他原因。此外，您并不總能知道代碼會(huì)在哪些 JVM 上運(yùn)行，而 JIT 編譯器總是會(huì)發(fā)生變化，從而生成破壞此習(xí)語的代碼。

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雙重檢查鎖定：獲取兩個(gè)

考慮到當(dāng)前的雙重檢查鎖定不起作用，我加入了另一個(gè)版本的代碼，如清單 7 所示，從而防止您剛才看到的無序?qū)懭雴栴}。

                    				

public static Singleton getInstance()
{
  if (instance == null)
  {
    synchronized(Singleton.class) {      //1
      Singleton inst = instance;         //2
      if (inst == null)
      {
        synchronized(Singleton.class) {  //3
          inst = new Singleton();        //4
        }
        instance = inst;                 //5
      }
    }
  }
  return instance;
}

                  

看著清單 7 中的代碼，您應(yīng)該意識(shí)到事情變得有點(diǎn)荒謬。請記住，創(chuàng)建雙重檢查鎖定是為了避免對簡單的三行 getInstance() 方法實(shí)現(xiàn)同步。清單 7 中的代碼變得難于控制。另外，該代碼沒有解決問題。仔細(xì)檢查可獲悉原因。

此代碼試圖避免無序?qū)懭雴栴}。它試圖通過引入局部變量 inst 和第二個(gè) synchronized 塊來解決這一問題。該理論實(shí)現(xiàn)如下：

1. 線程 1 進(jìn)入 getInstance() 方法。
   
   
2. 由于 instance 為 null ，線程 1 在 //1 處進(jìn)入第一個(gè) synchronized 塊。
   
   
3. 局部變量 inst 獲取 instance 的值，該值在 //2 處為 null 。
   
   
4. 由于 inst 為 null ，線程 1 在 //3 處進(jìn)入第二個(gè) synchronized 塊。
   
   
5. 線程 1 然后開始執(zhí)行 //4 處的代碼，同時(shí)使 inst 為非 null ，但在 Singleton 的構(gòu)造函數(shù)執(zhí)行前。（這就是我們剛才看到的無序?qū)懭雴栴}。）
   
   
6. 線程 1 被線程 2 預(yù)占。
   
   
7. 線程 2 進(jìn)入 getInstance() 方法。
   
   
8. 由于 instance 為 null ，線程 2 試圖在 //1 處進(jìn)入第一個(gè) synchronized 塊。由于線程 1 目前持有此鎖，線程 2 被阻斷。
   
   
9. 線程 1 然后完成 //4 處的執(zhí)行。
   
   
10. 線程 1 然后將一個(gè)構(gòu)造完整的 Singleton 對象在 //5 處賦值給變量 instance ，并退出這兩個(gè) synchronized 塊。
    
    
11. 線程 1 返回 instance 。
    
    
12. 然后執(zhí)行線程 2 并在 //2 處將 instance 賦值給 inst 。
    
    
13. 線程 2 發(fā)現(xiàn) instance 為非 null ，將其返回。

這里的關(guān)鍵行是 //5。此行應(yīng)該確保 instance 只為 null 或引用一個(gè)構(gòu)造完整的 Singleton 對象。該問題發(fā)生在理論和實(shí)際彼此背道而馳的情況下。

由于當(dāng)前內(nèi)存模型的定義，清單 7 中的代碼無效。Java 語言規(guī)范（Java Language Specification，JLS）要求不能將 synchronized 塊中的代碼移出來。但是，并沒有說不能將 synchronized 塊外面的代碼移 入 synchronized 塊中。

JIT 編譯器會(huì)在這里看到一個(gè)優(yōu)化的機(jī)會(huì)。此優(yōu)化會(huì)刪除 //4 和 //5 處的代碼，組合并且生成清單 8 中所示的代碼。

                    				

public static Singleton getInstance()
{
  if (instance == null)
  {
    synchronized(Singleton.class) {      //1
      Singleton inst = instance;         //2
      if (inst == null)
      {
        synchronized(Singleton.class) {  //3
          //inst = new Singleton();      //4
          instance = new Singleton();               
        }
        //instance = inst;               //5
      }
    }
  }
  return instance;
}

                  

如果進(jìn)行此項(xiàng)優(yōu)化，您將同樣遇到我們之前討論過的無序?qū)懭雴栴}。

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用 volatile 聲明每一個(gè)變量怎么樣？

另一個(gè)想法是針對變量 inst 以及 instance 使用關(guān)鍵字 volatile 。根據(jù) JLS（參見 參考資料 ），聲明成 volatile 的變量被認(rèn)為是順序一致的，即，不是重新排序的。但是試圖使用 volatile 來修正雙重檢查鎖定的問題，會(huì)產(chǎn)生以下兩個(gè)問題：

• 這里的問題不是有關(guān)順序一致性的，而是代碼被移動(dòng)了，不是重新排序。
  
  
• 即使考慮了順序一致性，大多數(shù)的 JVM 也沒有正確地實(shí)現(xiàn) volatile 。

第二點(diǎn)值得展開討論。假設(shè)有清單 9 中的代碼：

                    				

class test
{
  private volatile boolean stop = false;
  private volatile int num = 0;

  public void foo()
  {
    num = 100;    //This can happen second
    stop = true;  //This can happen first
    //...
  }

  public void bar()
  {
    if (stop)
      num += num;  //num can == 0!
  }
  //...
}

                  

根據(jù) JLS，由于 stop 和 num 被聲明為 volatile ，它們應(yīng)該順序一致。這意味著如果 stop 曾經(jīng)是 true ， num 一定曾被設(shè)置成 100 。盡管如此，因?yàn)樵S多 JVM 沒有實(shí)現(xiàn) volatile 的順序一致性功能，您就不能依賴此行為。因此，如果線程 1 調(diào)用 foo 并且線程 2 并發(fā)地調(diào)用 bar ，則線程 1 可能在 num 被設(shè)置成為 100 之前將 stop 設(shè)置成 true 。這將導(dǎo)致線程見到 stop 是 true ，而 num 仍被設(shè)置成 0 。使用 volatile 和 64 位變量的原子數(shù)還有另外一些問題，但這已超出了本文的討論范圍。有關(guān)此主題的更多信息，請參閱 參考資料 。

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解決方案

底線就是：無論以何種形式，都不應(yīng)使用雙重檢查鎖定，因?yàn)槟荒鼙ＷC它在任何 JVM 實(shí)現(xiàn)上都能順利運(yùn)行。JSR-133 是有關(guān)內(nèi)存模型尋址問題的，盡管如此，新的內(nèi)存模型也不會(huì)支持雙重檢查鎖定。因此，您有兩種選擇：

• 接受如清單 2 中所示的 getInstance() 方法的同步。
  
  
• 放棄同步，而使用一個(gè) static 字段。

選擇項(xiàng) 2 如清單 10 中所示

                    				

class Singleton
{
  private Vector v;
  private boolean inUse;
  private static Singleton instance = new Singleton();

  private Singleton()
  {
    v = new Vector();
    inUse = true;
    //...
  }

  public static Singleton getInstance()
  {
    return instance;
  }
}

                  

清單 10 的代碼沒有使用同步，并且確保調(diào)用 static getInstance() 方法時(shí)才創(chuàng)建 Singleton 。如果您的目標(biāo)是消除同步，則這將是一個(gè)很好的選擇。

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String 不是不變的

鑒于無序?qū)懭牒鸵迷跇?gòu)造函數(shù)執(zhí)行前變成非 null 的問題，您可能會(huì)考慮 String 類。假設(shè)有下列代碼：

                    private String str;
//...
str = new String("hello");

                  

String 類應(yīng)該是不變的。盡管如此，鑒于我們之前討論的無序?qū)懭雴栴}，那會(huì)在這里導(dǎo)致問題嗎？答案是肯定的。考慮兩個(gè)線程訪問 String str 。一個(gè)線程能看見 str 引用一個(gè) String 對象，在該對象中構(gòu)造函數(shù)尚未運(yùn)行。事實(shí)上，清單 11 包含展示這種情況發(fā)生的代碼。注意，這個(gè)代碼僅在我測試用的舊版 JVM 上會(huì)失敗。IBM 1.3 和 Sun 1.3 JVM 都會(huì)如期生成不變的 String 。

                    				

class StringCreator extends Thread
{
  MutableString ms;
  public StringCreator(MutableString muts)
  {
    ms = muts;
  }
  public void run()
  {
    while(true)
      ms.str = new String("hello");          //1
  }
}
class StringReader extends Thread
{
  MutableString ms;
  public StringReader(MutableString muts)
  {
    ms = muts;
  }
  public void run()
  {
    while(true)
    {
      if (!(ms.str.equals("hello")))         //2
      {
        System.out.println("String is not immutable!");
        break;
      }
    }
  }
}
class MutableString
{
  public String str;                         //3
  public static void main(String args[])
  {
    MutableString ms = new MutableString();  //4
    new StringCreator(ms).start();           //5
    new StringReader(ms).start();            //6
  }
}

                  

此代碼在 //4 處創(chuàng)建一個(gè) MutableString 類，它包含了一個(gè) String 引用，此引用由 //3 處的兩個(gè)線程共享。在行 //5 和 //6 處，在兩個(gè)分開的線程上創(chuàng)建了兩個(gè)對象 StringCreator 和 StringReader 。傳入一個(gè) MutableString 對象的引用。 StringCreator 類進(jìn)入到一個(gè)無限循環(huán)中并且使用值“hello”在 //1 處創(chuàng)建 String 對象。 StringReader 也進(jìn)入到一個(gè)無限循環(huán)中，并且在 //2 處檢查當(dāng)前的 String 對象的值是不是 “hello”。如果不行， StringReader 線程打印出一條消息并停止。如果 String 類是不變的，則從此程序應(yīng)當(dāng)看不到任何輸出。如果發(fā)生了無序?qū)懭雴栴}，則使 StringReader 看到 str 引用的惟一方法絕不是值為“hello”的 String 對象。

在舊版的 JVM 如 Sun JDK 1.2.1 上運(yùn)行此代碼會(huì)導(dǎo)致無序?qū)懭雴栴}。并因此導(dǎo)致一個(gè)非不變的 String 。

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結(jié)束語

為避免單例中代價(jià)高昂的同步，程序員非常聰明地發(fā)明了雙重檢查鎖定習(xí)語。不幸的是，鑒于當(dāng)前的內(nèi)存模型的原因，該習(xí)語尚未得到廣泛使用，就明顯成為了一種 不安全的編程結(jié)構(gòu)。重定義脆弱的內(nèi)存模型這一領(lǐng)域的工作正在進(jìn)行中。盡管如此，即使是在新提議的內(nèi)存模型中，雙重檢查鎖定也是無效的。對此問題最佳的解決 方案是接受同步或者使用一個(gè) static field 。

參考資料

• 您可以參閱本文在 developerWorks 全球網(wǎng)站上的 英文原文 。
  
  
• 在 Peter Haggar 的書 Practical Java Programming Language Guide （Addison-Wesley，2000 年）中，他介紹了多個(gè) Java 編程主題，包括了一整章關(guān)于多線程問題和編程技術(shù)的內(nèi)容。
  
  
• Bill Joy 等人編寫的 The Java Language Specification, Second Edition （Addison-Wesley，2000 年）是 Java 編程語言方面的權(quán)威性技術(shù)參考。
  
  
• 由 Tim Lindholm 和 Frank Yellin 合寫的 The Java Virtual Machine Specification, Second Edition （Addison-Wesley，1999 年）是關(guān)于 Java 編譯器和運(yùn)行時(shí)環(huán)境的權(quán)威性文檔。
  
  
• 訪問 Bill Pugh 的 Java Memory Model Web 站點(diǎn) ，獲取大量關(guān)于此主題的信息。
  
  
• 要了解更多關(guān)于 volatile 和 64 位變量的信息，請參閱 Peter Haggar 的文章“Does Java Guarantee Thread Safety?”，發(fā)表在 2002 年 6 月那期的 Dr. Dobb's Journal 之上。
  
  
• JSR-133 處理對 Java 平臺(tái)的內(nèi)存模型和線程規(guī)范的修訂。
  
  
• Java 軟件顧問 Brian Goetz 在“ 輕松使用線程：同步不是敵人 ”（ developerWorks ，2001 年 7 月）中介紹了何時(shí)使用同步。
  
  
• 在“ 輕松使用線程：不共享有時(shí)是最好的 ”（ developerWorks ，2001 年 10 月）中，Brian Goetz 介紹了 ThreadLocal ，并提供了一些發(fā)掘它的能力的小提示。
  
  
• 在“ 輕松使用線程：同步不是敵人 ”（ developerWorks ，2001 年 2 月）中，Alex Roetter 引入 Java Thread API，概述了與多線程相關(guān)的問題，并提供了常見問題的解決方案。
  
  
• Allen Holub 在“ 如果我是國王：關(guān)于解決 Java編程語言線程問題的建議 ”（ developerWorks ，2000 年 10 月）中建議對 Java 語言作出重大的改變和添加。
  
  
• 在 developerWorks Java 技術(shù)專區(qū) 查找其他的 Java 技術(shù)資料。

關(guān)于作者

		Peter Haggar 是 IBM 在北卡羅來納州的 Research Triangle Park 的一名高級軟件工程師，他還是 Practical Java Programming Language Guide （Addison-Wesley 出版）一書的作者。此外，他還發(fā)表了很多篇關(guān)于 Java 編程的文章。他有著廣泛的編程經(jīng)驗(yàn)，曾致力于開發(fā)工具、類庫和操作系統(tǒng)相關(guān)的工作。Peter 在 IBM 致力于研究新興 Internet 技術(shù)，目前主要從事高性能 Web 服務(wù)方面的工作。Peter 經(jīng)常在很多行業(yè)會(huì)議上作為技術(shù)發(fā)言人就 Java 技術(shù)發(fā)表言論。他已經(jīng)為 IBM 工作了 14 年多，并獲得了 Clarkson University 的計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)士學(xué)位。您可以通過 haggar@us.ibm.com 與他聯(lián)系。