原子性检查：解决双重检查的并发问题

后端

2024-03-03 03:49:53

引言

在单例模式的实现中，双重检查是一种流行的技术，可以提高效率。然而，它可能导致并发问题。本文深入探讨了双重检查的局限性，并介绍了一种解决这些问题的原子性检查方法。

双重检查的局限性

双重检查的基本原理是检查单例对象是否已创建。如果没有，则在获取锁后再次检查。如果仍然未创建，则创建一个新对象并将其存储在字段中。这种方法可以防止在不需要的情况下创建多个实例。

然而，双重检查存在一个并发问题。当多个线程同时尝试创建实例时，可能导致以下情况：

指令重排： 编译器或处理器可能会重新排列代码指令的执行顺序，导致线程在第二个检查时看到一个未完全初始化的实例。
缓存一致性： 不同的线程可能在自己的缓存中存储实例变量的不同副本。当一个线程创建实例时，另一个线程可能看到一个陈旧的缓存副本，其中实例字段仍为 null。

原子性检查

为了解决双重检查的并发问题，可以使用原子性检查。原子性检查保证特定代码块只会被一个线程同时执行。在单例模式中，可以使用 volatile 将实例字段标记为原子性的。

volatile 关键字确保：

可见性： 对 volatile 字段的写操作会立即对所有线程可见。
有序性： 对 volatile 字段的写操作会按程序顺序发生。

通过将实例字段标记为 volatile，可以保证以下情况：

单线程可见性： 一个线程对字段的修改将立即对其他线程可见。
单线程执行： 在创建实例的代码块中，只有单个线程可以同时执行。

实现原子性检查

以下是使用原子性检查实现单例模式的代码示例：

public class Singleton {

    private volatile static Singleton instance;

    private Singleton() { }

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

在这个示例中，instance 字段被标记为 volatile，以确保可见性和有序性。通过使用 synchronized 块，保证在创建实例的代码块中只有单个线程可以同时执行。