一、DCL 是什么?
DCL(Double Check Lock,双重检查锁)是 Java 中懒加载单例模式的高性能实现方案,核心思路是:
- 第一次检查:无锁判断实例是否已初始化,避免每次调用都加锁(提升性能);
- 加锁:保证多线程下只有一个线程能进入初始化逻辑;
- 第二次检查:防止多个线程等待锁后重复初始化实例。
它解决了传统 "懒汉式(同步方法)" 每次调用都加锁的性能问题,同时保证线程安全。
二、DCL 完整实现代码(标准写法)
java
public class SingletonDCL {
// 1. 必须加 volatile 关键字!
private static volatile SingletonDCL INSTANCE;
// 2. 私有构造器,禁止外部实例化
private SingletonDCL() {}
// 3. 双重检查锁的核心方法
public static SingletonDCL getInstance() {
// 第一次检查:无锁,快速判断实例是否已存在
// 若已存在,直接返回,无需加锁,提升高并发性能
if (INSTANCE == null) {
// 加锁:保证同一时间只有一个线程能进入初始化逻辑
synchronized (SingletonDCL.class) {
// 第二次检查:防止多个线程等待锁后重复创建实例
if (INSTANCE == null) {
// 初始化实例
INSTANCE = new SingletonDCL();
}
}
}
return INSTANCE;
}
}
三、DCL 核心逻辑拆解(为什么要 "双重检查")
假设高并发场景下有 3 个线程(T1、T2、T3)同时调用 getInstance():
- T1 先执行 :第一次检查
INSTANCE == null为 true,进入加锁逻辑,第二次检查仍为 true,执行INSTANCE = new SingletonDCL(),初始化完成后释放锁; - T2 随后执行 :第一次检查
INSTANCE已不为 null,直接返回实例,无需加锁; - T3 与 T1 同时执行 :T3 先通过第一次检查(此时 T1 还未完成初始化),等待 T1 释放锁后进入加锁逻辑,第二次检查发现
INSTANCE已被 T1 初始化,直接返回,避免重复创建。
如果去掉 "第二次检查",T3 会在 T1 释放锁后重新创建实例,导致单例失效。
四、为什么必须加 volatile?(面试必考)
这是 DCL 最核心的坑点!INSTANCE = new SingletonDCL() 看似一行代码,实际 JVM 会拆分为 3 步执行:
java
1. 分配内存空间(给 SingletonDCL 实例);
2. 初始化实例(执行构造器逻辑,给成员变量赋值);
3. 将 INSTANCE 引用指向分配的内存空间(此时 INSTANCE 不再为 null)。
JVM 为了优化性能,可能会对这 3 步进行指令重排(比如重排为 1→3→2),导致问题:
- T1 执行时,JVM 先执行 1→3(INSTANCE 不为 null,但实例还未初始化);
- T2 此时第一次检查
INSTANCE != null,直接返回这个 "半初始化" 的实例; - T2 调用实例的方法时,会因实例未初始化完成抛出空指针或逻辑错误。
volatile 关键字的核心作用:禁止 JVM 对指令重排 ,保证 1→2→3 的执行顺序,确保其他线程看到的 INSTANCE 要么是 null,要么是完全初始化的实例。
五、DCL 的常见误区(避坑)
| 错误写法 | 问题说明 |
|---|---|
去掉 volatile |
可能拿到 "半初始化" 实例,线程安全失效 |
| 去掉第二次检查 | 多线程等待锁后重复创建实例,单例失效 |
同步代码块锁对象错误(比如锁 this) |
static 方法中 this 不存在,且锁对象不唯一,线程安全失效 |
把 INSTANCE 定义为 final |
final 变量必须初始化,无法实现懒加载 |
六、DCL 的优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 1. 懒加载:实例仅在第一次调用时初始化,节省内存; 2. 高性能:仅初始化时加锁,后续调用无锁; 3. 线程安全:双重检查 + volatile 保证单例唯一性 | 1. 实现稍复杂,新手易遗漏 volatile; 2. 无法解决 "反射 / 序列化破坏单例" 的问题(需额外处理); 3. 在早期 JDK(1.4 及之前)中,volatile 实现有缺陷,DCL 可能失效(现代 JDK 已修复) |
七、DCL 的适用场景
- 高并发场景下的懒加载单例(比如工具类、连接池、配置中心实例);
- 对内存占用敏感,需要延迟初始化的场景;
- 追求高性能,不希望每次调用都加锁的场景。
总结
- DCL 是 "懒加载 + 高性能 + 线程安全" 的单例实现方案,核心是 "两次检查 + 加锁 + volatile";
volatile是 DCL 的关键,用于禁止指令重排,避免拿到半初始化实例;- 第二次检查不可省略,否则多线程下会重复创建实例;
- 现代 JDK(1.5+)中 DCL 是安全的,是生产环境中最常用的单例实现方式之一。