深入理解指令重排与单例模式的更安全创建

后端

2024-02-09 03:33:08

指令重排：单例模式下的隐形刺客

在多线程编程的复杂世界中，指令重排是一个潜伏的陷阱，它能够悄然改变代码的执行顺序，引发一系列令人头疼的问题。对于单例模式这种广泛使用的设计模式来说，指令重排的威胁更是如影随形。

什么是指令重排？

指令重排是指编译器或处理器对指令执行顺序的重新排列，目的是优化代码性能。只要不改变程序的语义，指令重排是可以被接受的。然而，在某些情况下，这种看似无害的优化却会给单例模式带来致命的后果。

单例模式中的指令重排

指令重排对单例模式的影响主要体现在以下两个方面：

可见性问题： 指令重排可能导致在构造函数返回之前，对象的字段对其他线程不可见。这将导致数据竞争和不一致问题，就像一列火车在没有信号灯的情况下驶入车站。
初始化未完成： 指令重排还可能让其他线程在对象完成初始化之前访问它，导致对象处于一种混乱且不稳定的状态。就像一个还没准备好登场的演员突然被推上了舞台。

应对指令重排的策略

为了防止指令重排的捣乱，我们有必要采取一些安全措施：

1. 双重检查锁（DCL）

DCL是一个经典的技术，它通过在对象创建的临界区内使用两次检查来防止指令重排问题。它的原理就像是一个谨慎的守卫，在开门之前先检查门是否已经打开。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance;

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

2. 内部类

内部类可以确保外部类在调用静态方法之前不会初始化。这就像一个守在门口的孩子，只有在客人来了之后才会开门。

public class Singleton {

    private static class SingletonHolder {
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
    }

    public static Singleton getInstance() {
        return SingletonHolder.INSTANCE;
    }
}