QQA: 什么是 double checked locking

双重检查锁定模式(Double checked locking)是软件设计的小技巧，第一重检查跳过大多数不需要竞争的情况，从而减少并发系统中的竞争开销。它经常被用在在“惰性初始化” (lazy initialization) 中，例如实现一个线程安全的单例。如下示例：

public class Singleton {
    private static volatile UUID uuid;

public static UUID getInstance() {
        if (uuid == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (uuid == null) {
                    uuid = UUID.randomUUID();
                }
            }
        }
        return uuid;
    }
}

（注意上面的 synchronized 和 volatile）

版本一（单线程正确版）

一般情况下，我们如果要实现单例，会这么写：

public class Singleton {
    private static UUID uuid;

public static UUID getInstance() {
        if (uuid == null) { // ①
            uuid = UUID.randomUUID(); // ②
        }

return uuid; // ③
    }
}

这个版本的问题是：如果多线程运行，则在 ① 处判断时会有多个线程为真，从而导致语句 ② 被执行多次。

版本二（synchronized 正确版）

很简单的思路是在方法上加上 synchronized 来强制同步：

public class Singleton {
    private static UUID uuid;

public synchronized static UUID getInstance() {
        if (uuid == null) {
            uuid = UUID.randomUUID();
        }

return uuid;
    }
}

这个版本是正确的，只是在高并发的情况下，尽管已经初始化完毕，也要竞争锁，效率低。

版本三（双重检查错误版）

鉴于版本二性能不好，我们争取将锁放在 uuid == null 的 if 语句之内：

public class Singleton {
    private static UUID uuid;

public static UUID getInstance() {
        if (uuid == null)
            synchronized (Singleton.class) {
                if (uuid == null) {
                    uuid = UUID.randomUUID();
                }
            }
        }
        return uuid;
    }
}

这个版本看似无可挑剔，而且绝大多数情况下测试会通过，但它是错误的[1]。

这其中的理由很复杂，并且需要很强的底层知识才能完全理解（如 java 内存模型，指令重排等等）。我们只需要记住，Java 1.5 之后，为对象加上 volatile 关键词即可。

使用静态类初始化

如果只是需要初始化单例，可以使用下面这种形式：

public class Singleton {
    private static class Holder {
        private static UUID uuid = UUID.randomUUID();
    }

public static UUID getInstance() {
        return Holder.uuid;
    }
}

内部静态类 Holder 只有在初次被使用时才会被加载，而只有 getInstance 方法才会使用它。这种方法的正确性是由 Java 类加载器保证的，在加载类的时候只会是单线程的。

只不过这种方法比较局限，只适合初始化单例。而 double-checked locking 使用范围更广，事实上它在 Java 源码里还有很多使用，如 ConcurrentHashMap 的初始化就使用了类似的技巧。