1.雙重檢查鎖定的由來
下面是非線程安全的延遲初始化對象的示例代碼。
public class UnsafeLazyInitialization {
private static Instance instance;
public static Instance getInstance(){
if(instance ==null) //1:A線程執(zhí)行
instance = new Instance(); //2:B線程執(zhí)行
return instance;
}
}
在UnsafeLazyInitialization類中，假設A線程執(zhí)行代碼1的同時，B線程執(zhí)行代碼2。此時，線程A可能會看到instance引用的對象還沒有完成初始化（原因之后分析）
對于UnsafeLazyInitialization類，我們可以對getInstance()方法做同步處理來實現(xiàn)線程安全的延遲初始化。示例代碼如下。
public class safeLazyInitialization {
private static Instance instance;
public synchronized static Instance getInstance(){
if(instance ==null)
instance = new Instance();
return instance;
}
}
由于對getInstance()方法做了同步處理，synchronized將導致性能開銷。如果getInstance（）被多個線程調用，將導致程序性能下降。反之，那么這個延遲初始化方案能提供令人滿意的性能。
在早期的JVM中，synchronized（甚至是無競爭的synchronized）存在著巨大性能開銷。因此，出現(xiàn)雙重檢查鎖定。以下是示例代碼。
public class DoubleCheckedLocking { //1
private static Instance instance; //2
public static Instance getInstance(){ //3
if(instance ==null) { //4:第一次檢查
synchronized (DoubleCheckedLocking.class) { //5：加鎖
if (instance == null) //6：第二次檢查
instance = new Instance(); //7：問題的根源處在這里
} //8
} //9
return instance; //10
} //11
}
如上面的代碼所示，如果第一次檢查instance不為null，那就不需要執(zhí)行下面的加鎖和初始化操作。因此，可以大幅降低synchronized帶來的性能開銷。
這樣似乎很完美，但這是一個錯誤的優(yōu)化！在線程執(zhí)行到第4行，代碼讀取到instance不為null時，instance引用的對象可能還沒有完成初始化。
2.問題的根源
前面的雙重檢查示例代碼第7行創(chuàng)建了一個對象。這一行代碼可以分解為如下的3行偽代碼。
memory=allocate(); //1:分配對象的內存空間
ctorInstance(memory); //2:初始化對象
instance = memory; //3:設置instance指向剛分配的內存地址
上面3行偽代碼中的2和3之間，可能會被重排序。2和3重排序之后的執(zhí)行時序如下。
memory=allocate(); //1:分配對象的內存空間
instance = memory; //3:設置instance指向剛分配的內存地址
//注意，此時對象還沒有被初始化！
ctorInstance(memory); //2:初始化對象
由于單線程內要遵守intra-thread semantics,從而能保證A線程的執(zhí)行結果不會被改變。但是，當線程A和B按上圖時序執(zhí)行時，B線程將看到一個還沒有被初始化的對象。
回到主題，DoubleCheckedLocking代碼第7行（instance=new Instance()；）如果發(fā)生重排序，拎一個并發(fā)執(zhí)行的線程B就有可能在第4行判斷instance不為null。線程B接下來訪問instance所引用的對象，但此時這個對象可能還沒有被A線程初始化！
在知曉了問題發(fā)生的根源之后，我們可以想出兩個辦法來實現(xiàn)線程安全的延遲初始化。
1.不允許2和3重排序
2.允許2和3重排序，但不允許其他線程“看到”這個重排序。
基于上面這兩點，提出兩個解決方案。
3.1基于volatile的解決方案
對于前面的基于雙重檢查鎖定來實現(xiàn)延遲初始化的方案，只需要做一點小的修改（把instance聲明為volatile型），就可以實現(xiàn)線程安全的延遲初始化。請看下面的示例代碼。
public class SafeDoubleCheckedLocking {
private volatile static Instance instance;
public static Instance getInstance(){
if(instance ==null) {
synchronized (SafeDoubleCheckedLocking.class) {
if (instance == null)
instance = new Instance(); //instance為volatile，現(xiàn)在沒問題了
}
}
return instance;
}
}
當聲明對象的引用為volatile后，之前的3行偽代碼中的2和3之間的重排序，在多線程環(huán)境中將會被禁止。上面的示例代碼江安如下的時序執(zhí)行。
這個方案是通過禁止上圖2和3之間的重排序，來保證線程安全的延遲初始化。
3.2基于類初始化的解決方案
JVM在類的初始化階段（即在Class被加載后，且被線程使用之前），會執(zhí)行類的初始化。在執(zhí)行類的初始化期間，JVM會去獲取一個鎖。這個鎖可以同步多個線程對同一個類的初始化。
基于這個特性可以實現(xiàn)另一種線程安全的延遲初始化方案。
public class InstanceFactory{
private static class InstanceHolder{
public static Instance instance = new Instance();
}
public static Instance getInstance(){
return InstanceHolder.instance;//這里將導致InstanceHolder類被初始化
}
}
假設兩個線程并發(fā)執(zhí)行getInstance（）方法，下面是執(zhí)行示意圖。
這個方案的實質是：允許之前的3行偽代碼中的2和3重排序，但不允許非構造線程（這里指線程B）“看到”這個重排序。
4.總結
通過對比基于volatile的雙重檢查鎖定的方案和基于類初始化的方案，我們會發(fā)現(xiàn)基于類初始化的方案的實現(xiàn)代碼更簡潔。但基于volatile的雙重檢查鎖定的方案有一個額外的優(yōu)勢：除了可以對靜態(tài)字段實現(xiàn)延遲初始化外，還可以對實例字段實現(xiàn)延遲初始化。
字段延遲初始化降低了初始化類或創(chuàng)建實例的開銷，但增加了訪問被延遲初始化的字段的開銷。在大多數(shù)時候，正常的初始化要優(yōu)于延遲初始化。如果確實需要對實例字段使用線程安全的延遲初始化，請使用上面介紹的基于volatile的延遲初始化方案；如果確實需要對靜態(tài)字段使用線程安全的延遲初始化，請使用基于類初始化的方案。
