单例模式--双重检验锁真的线程安全吗

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单例模式是我们最熟悉不过的一种设计模式，用来保证内存中只有一个对象的实例。虽然容易，但里面的坑也有很多，比如双重检验锁模式(double checked locking pattern)真的是线程安全的吗？

起因

在对项目进行PMD静态代码检测时，遇到了这样一个问题

Partially created objects can be returned by the Double Checked Locking pattern when used in Java. An optimizing JRE may assign a reference to the baz variable before it calls the constructor of the object the reference points to.

Note: With Java 5, you can make Double checked locking work, if you declare the variable to be volatile.

大概意思是，使用双重检验锁模式，可能会返回一个部分初始化的对象。可能大家有些疑虑，什么是部分初始化的对象，我们下面继续分析

什么是双重检验锁模式

public static Singleton getSingleton() {

    if (instance == null) {                       

        synchronized (Singleton.class) {

            if (instance == null) {               

                instance = new Singleton();

            }

        }

    }

    return instance ;

}

我们看到，在同步代码块的内部和外部都判断了instance == null，这时因为，可能会有多个线程同时进入到同步代码块外的if判断中，如果在同步代码块内部不进行判空的话，可能会初始化多个实例。

问题所在

这种写法看似完美无缺，但它却是有问题的，或者说它并不担保一定完美无缺。主要原因在于instance = new Singleton();并不是原子性的操作。

创建一个对象可以分为三部：

1.分配对象的内存空间

2.初始化对象

3.设置instance指向刚分配的内存地址

当instance指向分配地址时，instance不为空

但是，2、3部之间，可能会被重排序，造成创建对象顺序变为1-3-2.试想一个场景：

线程A第一次创建对象Singleton，对象创建顺序为1-3-2；

当给instance分配完内存后，这时来了一个线程B调用了getSingleton()方法

这时候进行instance == null的判断，发现instance并不为null。

但注意这时候instance并没有初始化对象，线程B则会将这个未初始化完成的对象返回。那B线程使用instance时就可能会出现问题，这就是双重检查锁问题所在。

使用volatile

对于上述的问题，我们可以通过把instance声明为volatile型来解决

public class Singleton{

private volatile static Singleton instance;

public static Singleton getSingleton() {

    if (instance == null) {                       

        synchronized (Singleton.class) {

            if (instance == null) {               

                instance = new Singleton();

            }

        }

    }

    return instance ;

}

}

但是必须在JDK5版本以上使用。

静态内部类

public class Singleton { 

    private static class SingletonHolder { 

        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton(); 

    } 

    private Singleton (){} 

    public static final Singleton getInstance() { 

        return SingletonHolder.INSTANCE;

    } 

}

这种写法是目前比较推荐的一种写法，采用静态内部类的方式，即实现了懒加载又不会出现线程安全问题。而且减少了synchronized的开销。

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双重检查锁定与延迟初始化

PMD-DoubleCheckedLocking

Double-checked locking: Clever, but broken