雙重檢查鎖定失敗可能性

雙重檢查鎖定在延遲初始化的單例模式中見得比較多(單例模式實現方式很多，這裡為說明雙重檢查鎖定問題，只選取這一種方式)，先來看一個版本：

public class Singleton {  
 
    private static Singleton instance = null;  
 
    private Singleton(){}  
 
      
 
    public static Singleton  getInstance() {  
 
       if(instance == null) {  
 
           instance = new Singleton();  
 
       }  
 
       return instance;  
 
    }  
 
}  

上面是最原始的模式，一眼就可以看出，在多線程環境下，可能會產生多個Singleton實例，於是有了其同步的版本：

public class Singleton {  
 
    private static Singleton instance = null;  
 
    private Singleton(){}  
 
      
 
    public synchronized static Singleton getInstance() {  
 
       if(instance == null) {  
 
           instance = new Singleton();  
 
       }  
 
       return instance;  
 
    }  
 
}  

在這個版本中，每次調用getInstance都需要取得Singleton.class上的鎖，然而該鎖只是在開始構建Singleton 對象的時候才是必要的，後續的多線程訪問，效率會降低，於是有了接下來的版本：

public class Singleton {  
 
    private static Singleton instance = null;  
 
    private Singleton(){}  
 
      
 
    public static Singleton getInstance() {  
 
       if(instance == null) {  
 
           synchronized(Singleton.class) {  
 
              if(instance == null) {  
 
                  instance = new Singleton();  
 
              }  
 
           }  
 
       }  
 
       return instance;  
 
    }  
 
}  

很好的想法!不幸的是，該方案也未能解決問題之根本：

原因在於：初始化Singleton 和 將對象地址寫到instance字段 的順序是不確定的。在某個線程new Singleton()時，在構造方法被調用之前，就為該對象分配了內存空間並將對象的字段設置為默認值。此時就可以將分配的內存地址賦值給instance字段了，然而該對象可能還沒有初始化;此時若另外一個線程來調用getInstance，取到的就是狀態不正確的對象。

鑒於以上原因，有人可能提出下列解決方案：

public class Singleton {  
 
    private static Singleton instance = null;  
 
    private Singleton(){}  
 
      
 
    public static Singleton getInstance() {  
 
       if(instance == null) {  
 
           Singleton temp;  
 
           synchronized(Singleton.class) {  
 
              temp = instance;  
 
              if(temp == null) {  
 
                  synchronized(Singleton.class) {  
 
                     temp = new Singleton();  
 
                  }  
 
                  instance = temp;  
 
              }  
 
           }  
 
       }  
 
       return instance;  
 
    }  
 
}  

該方案將Singleton對象的構造置於最裡面的同步塊，這種思想是在退出該同步塊時設置一個內存屏障，以阻止初始化Singleton 和 將對象地址寫到instance字段 的重新排序。

不幸的是，這種想法也是錯誤的，同步的規則不是這樣的。退出監視器(退出同步)的規則是：所以在退出監視器前面的動作都必須在釋放監視器之前完成。然而，並沒有規定說退出監視器之後的動作不能放到退出監視器之前完成。也就是說同步塊裡的代碼必須在退出同步時完成，而同步塊後面的代碼則可以被編譯器或運行時環境移到同步塊中執行。

編譯器可以合法的，也是合理的，將instance = temp移動到最裡層的同步塊內，這樣就出現了上個版本同樣的問題。

在JDK1.5及其後續版本中，擴充了volatile語義，系統將不允許對 寫入一個volatile變量的操作與其之前的任何讀寫操作 重新排序，也不允許將 讀取一個volatile變量的操作與其之後的任何讀寫操作 重新排序。

在jdk1.5及其後的版本中，可以將instance 設置成volatile以讓雙重檢查鎖定生效，如下：

public class Singleton {  
 
    private static volatile Singleton instance = null;  
 
    private Singleton(){}  
 
      
 
    public static Singleton getInstance() {  
 
       if(instance == null) {  
 
           synchronized(Singleton.class) {  
 
              if(instance == null) {  
 
                  instance = new Singleton();  
 
              }  
 
           }  
 
       }  
 
       return instance;  
 
    }  
 
}  

需要注意的是：在JDK1.4以及之前的版本中，該方式仍然有問題。