Java 中的双重检查锁定模式：在最小开销下确保线程安全
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双重检查锁定设计模式的意图
通过首先在实际获取锁之前测试锁定条件（“锁提示”）来减少获取锁的开销。只有在锁定条件似乎为真时，才会继续执行实际的锁定逻辑。Java 中的双重检查锁定有助于优化性能并确保线程安全。
双重检查锁定模式的详细解释以及现实世界中的示例
现实世界中的示例
在一个拥有高价值设备室的公司里，员工首先检查一个可见的标志，查看房间是否被锁。如果标志显示未锁，他们直接进入；如果被锁，他们使用安全钥匙卡进行访问。这种两步验证过程有效地管理了安全性，而无需不必要地使用电子锁系统，这反映了软件中使用的双重检查锁定模式，以最大限度地减少资源密集型操作。
通俗地说
软件中的双重检查锁定模式通过在进行更资源密集的锁定操作之前，首先以低成本的方式检查锁状态，最大限度地减少了昂贵的锁定操作，从而在对象初始化期间确保效率和线程安全。
维基百科说
在软件工程中，双重检查锁定（也称为“双重检查锁定优化”）是一种软件设计模式，用于通过在获取锁之前测试锁定条件（“锁提示”）来减少获取锁的开销。只有在锁定条件检查表明需要锁定时，才会进行锁定。
Java 中双重检查锁定模式的编程示例
双重检查锁定模式用于 HolderThreadSafe 类，以确保即使从多个线程访问，Heavy 对象也只创建一次。以下是它的工作原理
- 检查对象是否已初始化（第一次检查）：如果是，立即返回它。
if (heavy == null) {
// ...
}- 同步创建对象的代码块：这确保只有一个线程可以创建对象。
synchronized (this) {
// ...
}- 再次检查对象是否已初始化。如果在当前线程进入同步块时，另一个线程已经创建了对象，则返回已创建的对象。
if (heavy == null) {
heavy = new Heavy();
}- 返回已创建的对象。
return heavy;以下是 HolderThreadSafe 类的完整代码
public class HolderThreadSafe {
private Heavy heavy;
public HolderThreadSafe() {
LOGGER.info("Holder created");
}
public synchronized Heavy getHeavy() {
if (heavy == null) {
synchronized (this) {
if (heavy == null) {
heavy = new Heavy();
}
}
}
return heavy;
}
}在此代码中，Heavy 对象仅在第一次调用 getHeavy 方法时创建。这称为延迟初始化。双重检查锁定模式用于确保即使从多个线程同时调用 getHeavy 方法，Heavy 对象也只创建一次。
何时在 Java 中使用双重检查锁定模式
当满足以下所有条件时，在 Java 中使用双重检查锁定模式
- 存在一个创建成本很高的单例资源。
- 需要减少每次访问资源时获取锁的开销。
Java 中双重检查锁定模式的实际应用
- 多线程环境中的单例模式实现。
- Java 应用程序中资源密集型对象的延迟初始化。
双重检查锁定模式的优缺点
优点
- 在对象初始化后避免不必要的锁定带来的性能提升。
- 为关键的初始化部分维护线程安全。
权衡
- 复杂的实现可能会导致错误，例如由于内存可见性问题而导致对象发布不正确。
- 在 Java 中，除非小心使用 volatile 变量，否则它在某些版本中可能是冗余的或失效的。