怎么写测试代码证明 double-checked locking with singleton 的线程安全？

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这是一个创建于 1271 天前的主题，其中的信息可能已经有所发展或是发生改变。

我们都知道下面的 DclSingleton.getInstance()是线程安全的。

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

    // private constructor and other methods...
}

但是我们去掉 volatile 的话，其它线程就有可能获取到 partially initialized instance 。

不过我有个疑问，要证明“加了 volatile 就是线程安全的，没加就不是线程安全”的话，测试代码应该怎么写呢？

资料

Double-Checked Locking with Singleton | Baeldung

第 1 条附言 · 2022-05-10 11:37:50 +08:00

我不是问有什么更好的写法，我是问怎么证明线程安全。因为Double-Checked Locking with Singleton | Baeldung已经讲了几种替代方案了。

Instance

线程

volatile

singleton

14 条回复 • 2022-05-15 19:33:06 +08:00

edimetia3d

2022-05-09 22:09:58 +08:00

我是 C++ boy,
不太懂 java ，也不太懂 java 的内存模型，不过这里的 partial initialized 应该是指 instance 已经不是 null ，但是 DclSingleton()的构造函数还没有执行完。

思路上说，写一个特别耗时的构造函数，最后一步才更新一个 this.inited = True ，然后另外一个线程读取到 instance 不为 null,且 instance.inited = False 就行。

thinkershare

2022-05-09 22:13:56 +08:00

volatile 只是告诉 runtime 执行适合需要插入指令禁止乱序执行和缓存 instance 的引用地址(尽可能每次引用 instance 都需要从内存中去读取最新的值), 你要证明这个其实添麻烦的, 因为本质上是要撞运气, 至于你现在写的这个代码应该是不会存在 partially initialized instance 的, 因为 new DclSingleton()被正常构造完毕前, instance 是不会获得引用的, 除非你的 DclSingleton 是一个需要需要后序初始化的操作.

lmshl

2022-05-09 22:19:23 +08:00

改换思路，把 static 去了，换成一个对象的属性和方法。
写 JMH 循环创建几百万次，每次都多线程访问 getInstance ，记录下对象不相等的时刻。

Jooooooooo

2022-05-09 22:21:02 +08:00

很大可能, intel 的芯片上因为 cpu 足够强的一致性设计, 不加 volatile 也没事.

heiher

2022-05-09 22:25:11 +08:00 via Android

不加 volatile ，就可能发生 DclSingleton 对象的 filed 初始化赋值的 store 与 instance 的赋值的 store 乱序。测试逻辑就基于这个情况检测就行了，DclSingletion 增加 field 在构建函数中赋值，启动一批线程跑 getInstance 保存在局部变量，当获得的 instance 非空时，读 field 判断是否为有效赋值，最后再将 instance 复位为 null(也可专门开个复位线程来干)。这种要硬件乱序才能出问题的测试，很少次数就靠运气，但只要在弱内存序架构上多跑一会肯定会有的。

wolfie

2022-05-09 22:29:49 +08:00

循环跑呗，没轮重置 instance 为 null 。跑到重复为止。

heiher

2022-05-09 22:33:11 +08:00 via Android

我觉得你想优化掉 instance 的 volatile 减少非首次 getInstance 的开销，有个办法但要浪费点空间：

```java
public class DclSingleton {
private static DclSingleton instance;
private static volatile DclSingleton _instance;
public static DclSingleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (DclSingleton .class) {
if (instance == null) {
_instance = new DclSingleton();
instance = _instance;
}
}
}
return instance;
}

// private constructor and other methods...
}
```

记得也有 API 可以直接插入内存屏障，如果可以更好。

Suddoo

2022-05-09 23:07:59 +08:00

这些复杂的写法还有存在的意义吗？ Java5 之后 enum 这种特殊的 class 出现了，要实现单例，就一行代码啊，单例的本质是限制内存中 class 的个数，enum 就可以干这个事

public enum Foo {
INSTANCE;
}

https://stackoverflow.com/questions/70689/what-is-an-efficient-way-to-implement-a-singleton-pattern-in-java

编程本来是一件挺简单的事

heiher

2022-05-09 23:25:34 +08:00 via Android

@Suddoo 语法糖就是甜呀，哈哈，但也更难看清背后机理了（要啥机理，能跑就行 :P ）。他这不仅是 Singleton 还要 Lazy Initialization 。

@JasonLaw 其实用 final 修饰最好，对于写端包含 final 字段的对象都是安全初始化的，也就是说对象成员字段在初始化时的赋值 store 一定在对象地址写入引用变量的 store 前可见。对于读端 final
instance 可以按常量来优化。