设计模式课程 设计模式精讲 8-3 单例设计模式-DoubleCheck双重检查实战及原理解析

1　　　　课程讲解

1.1　　为何要使用双重检查

1.2　　双重检查的缺点

1.3　　指令重排序讲解

1.4　　指令重排序比喻（自己理解）

1.5　　如何解决指令重排序问题

2　　　　代码演练

2.1　　代码演练1（双重检查  解决对象锁和类锁的问题）

2.2　　代码演练2（volatile 应用：解决重排序问题）

1　　　　课程讲解

1.1　　为何要使用双重检查

在上节课的时候，多线程的时候，由于一个线程被锁，其他的线程无法访问该类，被堵塞。性能大大降低，双重检查主要是应用解决此类问题。

双重检查可以使更多的线程堵塞在方法中，而不是在类之外，这样的话，当锁被释放的时候，能够更快的执行，可以大大的提高效率。

1.2　　双重检查的缺点

java在执行过程中，可能会出现指令重排序问题，（后边语句参考本节2.1代码演练2）导致a线程（先来的）的对象已经赋值，但是还没有初始化完成，这时线程b（后到的）经过判断，也开始访问对象（因为现在对象不为空），导致线程b访问的是线程a还未初始化完成的对象。由于对象并没有被完整的初始化上，系统会报异常。

1.3　　指令重排序讲解

初始化的时候，实际进行了三个步骤：

a　　给该对象分配内存

b　　初始化该对象

c　　设置该对象指向给该对象分配的内存

一般情况下，按照abc的顺序执行，但是也会有一定几率bc 颠倒。

这在单线程中执行的时候并没有问题，而且能够提高运行的效率。

1.4　　指令重排序比喻（自己理解）

可以比喻如下：

人们来吃饭，

a　　首先食堂拿出一份饭，

b　　确定这个人是谁，

c　　这个人拿走这份饭

1.5　　如何解决指令重排序问题

两种方法:

a　　使重排序不再发生，每个执行的进程都按照初始化的正常步骤进行 参见  本节代码2.2

b　　不允许后来的线程 看到 先来的线程进行的重排序问题

2　　　　代码演练

2.1　　代码演练1（解决对象锁和类锁的问题）

测试类：

package com.geely.design.pattern.creational.singleton;

public class Test {

    /*public static void main(String [] args){
        //这样写异常，因为构造方法私有
//        LazySingleton lazySingleton = new LazySingleton();
       LazySingleton lazySingleton = LazySingleton.getInstance();
       System.out.println(lazySingleton);
    }*/

    public static void main(String [] args){
        Thread thread1 = new Thread(new T());
        Thread thread2 = new Thread(new T());
        thread1.start();
        thread2.start();
        System.out.println("结束了！！！");
    }
}

线程类：

package com.geely.design.pattern.creational.singleton;

/**
 * 注：该类为线程类，调用LazySingleton
 */
public class T implements Runnable{

    /*@Override
    public void run() {
        LazySingleton lazySingleton = LazySingleton.getInstance();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==="+lazySingleton);

    }*/

    @Override
    public void run() {
        LazyDoubleCheckSingleton lazyDoubleCheckSingleton = LazyDoubleCheckSingleton.getInstance();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"==="+lazyDoubleCheckSingleton);
    }
}

实体类：

package com.geely.design.pattern.creational.singleton;

public class LazyDoubleCheckSingleton {
    /*
    属性私有，其他外部类，无法调用该属性，安全
     */
    private static LazyDoubleCheckSingleton lazyDoubleCheckSingleton = null;

    /**
     * 构造方法私有，其他类无法实例化该类
     */
    private LazyDoubleCheckSingleton(){
    }


    /**
     * 换一种写法，
     *
     * @return
     */
      public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance(){
          if(lazyDoubleCheckSingleton == null){
              synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class){
                  if(lazyDoubleCheckSingleton == null){
                      lazyDoubleCheckSingleton = new LazyDoubleCheckSingleton();
                  }
              }
          }
          return lazyDoubleCheckSingleton;
    }


}

打印结果：

"C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\bin\java.exe" -agentlib:jdwp=transport=dt_socket,address=127.0.0.1:9096,suspend=y,server=n -javaagent:C:\Users\weijingli\.IdeaIC2018.1\system\captureAgent\debugger-agent.jar=file:/C:/Users/weijingli/AppData/Local/Temp/capture.props -Dfile.encoding=UTF-8 -classpath "C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\charsets.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\deploy.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\ext\access-bridge-64.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\ext\dnsns.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\ext\jaccess.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\ext\localedata.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\ext\sunec.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\ext\sunjce_provider.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\ext\sunmscapi.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\ext\zipfs.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\javaws.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\jce.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\jfr.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\jfxrt.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\jsse.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\management-agent.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\plugin.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\resources.jar;C:\Program Files\Java\jdk1.7.0_79\jre\lib\rt.jar;F:\xiangmu3\Xin\Idea\design_pattern\target\classes;D:\java\devolopKit\idea\anZh\IntelliJ IDEA Community Edition 2018.1.4\lib\idea_rt.jar" com.geely.design.pattern.creational.singleton.Test
Connected to the target VM, address: '127.0.0.1:9096', transport: 'socket'
结束了！！！
Thread-0===com.geely.design.pattern.creational.singleton.LazyDoubleCheckSingleton@8fea539
Disconnected from the target VM, address: '127.0.0.1:9096', transport: 'socket'
Thread-1===com.geely.design.pattern.creational.singleton.LazyDoubleCheckSingleton@8fea539

Process finished with exit code 0

2.2　　代码演练2（volatile 应用：解决重排序问题）

java语言规范中规定：所有线程执行java程序时，必须要遵守intra-thread semantics ，

intra-thread semantics 保证重排序不会改变单线程内的程序执行结果。

换句话说，intra-thread semantics 允许那些在单线程内，不会改变单线程程序执行结果的重排序。

package com.geely.design.pattern.creational.singleton;

public class LazyDoubleCheckSingleton {
    /*
    1  volatile关键字的作用
       将当前处理器缓存行的数据写回到内存，该操作会使在其他cpu内存中缓存了该内存地址的数据无效。它们又从共享内存同步数据。  如此操作保存内存的可见性。j
    2
     */
    private volatile static LazyDoubleCheckSingleton lazyDoubleCheckSingleton = null;

    /**
     * 构造方法私有，其他类无法实例化该类
     */
    private LazyDoubleCheckSingleton(){
    }


    /**
     * 换一种写法，
     *
     * @return
     */
      public static LazyDoubleCheckSingleton getInstance(){
          if(lazyDoubleCheckSingleton == null){
              synchronized (LazyDoubleCheckSingleton.class){
                  if(lazyDoubleCheckSingleton == null){
                      lazyDoubleCheckSingleton = new LazyDoubleCheckSingleton();
                  }
              }
          }
          return lazyDoubleCheckSingleton;
    }


}

intra-thread semantics 保证重排序不会改变单线程内的程序执行结果。

换句话说，intra-thread semantics 允许那些在单线程内，不会改变单线程程序执行结果的重排序。