关于双重检测锁的一种无volatile实现

上一篇博客中提到双重检测锁的无volatile实现,如何实现呢?那么在这篇博客中来一探究竟吧~

无volatile的安全实现

先上代码

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/**
* Created by liumian on 2016/12/13.
*/
public class DCL {
private static DCL instance;
private DCL(){}
private DCL getInstance(){
if (instance == null){ //1
synchronized (DCL.class){ //2
if (instance == null){ //3
DCL temp = new DCL(); //4
temp.toString(); //5
instance = temp; //6
}
}
}
return instance; //7
}
}

再分析原因

无volatile修饰的DCL归根结底是对象的不安全发布:对象还没有构造好,就将其发布出去了。

仔细与不安全的(无volatile)的DCL相比较,我们在同步代码块里面这三行代码发生了改变:

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DCL temp = new DCL();
temp.toString();
instance = temp;

对应三个步骤:

  1. 创建临时变量
  2. 调用临时变量的方法
  3. 将临时变量的引用赋值给单例变量

为什么要引入临时变量呢?
为什么要调用临时变量的方法呢?
大家在心里肯定会有这些疑问,别急,我来一个一个的回答。

  1. 为什么要引入临时变量?
    引入临时变量的目的是将对象的初始化(new、invokespecial)与赋值(astore)强行分开。但是仅仅通过一个临时变量中转是不够的,请看下面这个问题的分析。

  2. 为什么要调用临时变量的方法?
    如果没有调用临时变量的方法这一行代码:

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    DCL temp = new DCL();
    instance = temp;

    并不能解决解决根本问题:对象的不安全发布。因为JVM依然有可能对这三条指令:new、involvespecial以及两条astore指令(分别对应的是赋值给temp,temp赋值给instance,因为线程内表现为串行的语义的存在,这两条赋值指令的顺序不能改变),所以对于JVM来说那两行代码和这一行代码并没有特殊的地方:

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    instance = new DCL();

现在问题的关键便落在了temp.toString();
上一个问题的回答中我们提到了解决问题的思路:将对象的初始化(new、invokespecial)与赋值(astore)强行分开。其实这行代码起到的作用相当于一个内存屏障,将两个操作(初始化和赋值)强行分开。
因为线程内表现为串行的语义的存在,以及Happens-Before的第一条规则:程序次序规则(什么是线程内表现为串行的语义和程序次序规则请参看上一篇博客:从单例模式到Happens-Before),保证了在赋值操作(临时变量赋值给单例变量)之前对象的初始化一定完成了。为什么?

重点来了

因为这段代码在同步代码块中,所以保证了只有一条线程串行执行这几行代码,所以同时满足了线程内表现为串行的语义程序次序规则

  1. 在线程内表现为串行的语义中,JVM保证了临时变量调用toString方法(或任意方法)时,该对象一定初始化完成了!请思考体会一下表现为串行的含义。

  2. 而程序次序规则又保证了DCL temp = new DCL()Happens-Beforeinstance = temp,即前面的赋值操作一定对后面这个赋值操作可见

总结

通过线程内表现为串行的语义程序次序规则这两条规则的叠加使用,我们做到了在不使用volatile关键字修饰的情况下DCL为线程安全。

通过这个例子可见,只要掌握了分析多线程安全的要点,找到原因,我们也可以在解决问题时提出不一样的解决方案。