【揭秘】单例模式DCL导致无法访问对象？

news2024/11/21 2:25:06

【揭秘】单例模式DCL导致无法访问对象？ - 程序员古德

前两天，在审查团队成员的代码时，我发现了一个错误的单例模式写法。

在Java中，单例模式是一种非常常见的设计模式，用于确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点来获取该实例，但是，如果不正确地实现单例模式，就可能导致多个实例被创建，从而违反了单例模式的初衷。

如下，是你说的有问题的代码，即未使用volatile关键字的DCL单例模式实现：

public class Singleton {  
    private static Singleton instance;  
  
    private Singleton() {}  
  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) { // 第一次检查  
            synchronized (Singleton.class) {  
                if (instance == null) { // 第二次检查  
                    instance = new Singleton(); // 创建实例  
                }  
            }  
        }  
        return instance;  
    }  
}

在这个有问题的代码中，instance = new Singleton(); 这行代码实际上包含三个步骤：

分配内存给 Singleton 对象
调用 Singleton 的构造函数初始化对象。
将 instance 字段指向新创建的对象。

在没有 volatile 关键字的情况下，由于指令重排序，步骤2和步骤3的顺序可能会被颠倒，这意味着，当其他线程看到 instance 不为null时（即步骤3已经完成），它可能会访问这个对象，但此时对象可能还没有被完全初始化（即步骤2还没有完成），这就你所说的“未初始化完全的实例对象”的问题。

为了避免这个问题，我们需要确保步骤2和步骤3之间的顺序不会被颠倒，即确保在使用双重检查锁定（DCL）实现单例模式时对象能够完全初始化并且不会被多个线程同时初始化，这就是为什么我们需要在 instance 字段上添加 volatile 关键字的原因，volatile 关键字能够确保变量的可见性和有序性，且保证变量的读写操作都是原子的和禁止指令重排序，从而保证了对象的完全初始化。

下面是使用volatile关键字修复后的DCL单例模式实现：

public class Singleton {  
    private static volatile Singleton instance; // 声明为volatile，确保线程安全  
  
    private Singleton() {} // 私有构造函数，防止外部实例化  
  
    public static Singleton getInstance() {  
        if (instance == null) { // 第一次检查，如果为null才进入同步块  
            synchronized (Singleton.class) {  
                if (instance == null) { // 第二次检查，如果为null才创建实例  
                    instance = new Singleton(); // 创建实例对象  
                }  
            }  
        }  
        return instance; // 返回单例实例  
    }  
}