用JavaWorld上对应文章的标题来评论这种做法就是smart, but broken。来看原因:
Java编译器为了提高程序性能会进行指令调度,CPU在执行指令时同样出于性能会乱序执行(至少现在用的大多数通用处理器都是out-of-order的),另外cache的存在也会改变数据回写内存时的顺序[2]。JMM(Java Memory Model, 见[1])指出所有的这些优化都是允许的,只要运行结果和严格按顺序执行所得的结果一样即可。
Java假设每个线程都跑在自己的处理器上,享有自己的内存,和共享的主存交互。注意即使在单核上这种模型也是有意义的,考虑到cache和寄存器会保存部分临时变量。理论上每个线程修改自己的内存后,必须立即更新对应的主存内容。但是Java设计师们认为这种约束会影响程序性能,他们试着创造了一套让程序跑得更快、但又保证线程之间的交互与预期一致的内存模型。
synchronized关键字便是其中一把利器。事实上,synchronized块的实现和Linux中的信号量(semaphore)还是有区别的,前者过程中锁的获得和释放都会都会引发一次Memory Barrier来强制线程本地内存和主存之间的同步。通过这个机制,Java中的同步机制保证了synchronized块中指令的原子性(atomic)。
双检测锁定的问题
好了,回过头来看DCL问题。看起来访问一个未同步的instance字段不会产生什么问题,我们再次来假设一个场景:
线程一进入同步块,执行instance = new Singleton(); 线程二刚开始执行getResource();
按照顺序的话,接下来应该执行的步骤是 1) 分配新的Singleton对象的内存 2) 调用Singleton的构造器,初始化成员字段 3) instance被赋为指向新的对象的引用。
前面说过,编译器或处理器都为了提高性能都有可能进行指令的乱序执行,线程一的真正执行步骤可能是1) 分配内存 2) instance指向新对象 3) 初始化新实例。如果线程二在2完成后3执行前被唤醒,它看到了一个不为null的instance,跳出方法体走了,带着一个还没初始化的Singleton对象。
错误发生的一种情形就是这样,关于更详细的编译器指令调度导致的问题,可以参看这个网页 [4]。
[3] 中提供了一个编译器指令调度的证据
instance = new Singleton(); 这条命令在Symantec JIT中被编译成
- 0206106A mov eax,0F97E78h
- 0206106F call 01F6B210 ; 分配空间