单例模式-3-双检锁/双重校验锁（DCL，即 double-checked locking）

以下是对这段代码的详细解释，这是一种实现 双重检查锁定（Double-Checked Locking） 的单例模式：

1. 类的定义

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

2. 代码逐步解析

2.1. private volatile static Singleton singleton;

• private：确保 singleton 变量只能在 Singleton 类内部访问，防止外部直接修改。
• static：确保 singleton 是类级别的变量，所有实例共享同一个变量。
• volatile：保证多线程环境下的可见性和有序性。
  • 可见性：当一个线程修改了 singleton 的值，其他线程能够立即看到修改后的值。
  • 有序性：防止指令重排序问题（即对象未完全初始化时，其他线程可能访问到未初始化的对象）。

2.2. private Singleton() {}

• 将构造方法声明为 private，防止外部通过 new 关键字创建实例。
• 这是单例模式的核心，确保只能通过类的静态方法获取实例。

2.3. public static Singleton getSingleton()

这是获取单例实例的公共方法，包含了双重检查锁定的逻辑。

2.4. if (singleton == null)

• 第一次检查：在进入同步块之前，检查 singleton 是否为 null。
  • 如果 singleton 已经被初始化，则直接返回实例，避免不必要的同步开销。
  • 如果 singleton 为 null，说明实例尚未创建，进入同步块。

2.5. synchronized (Singleton.class)

• 同步块：对 Singleton.class 加锁，确保只有一个线程能够进入同步块，避免多个线程同时创建实例。
• 这是双重检查锁定的关键，确保线程安全。

2.6. if (singleton == null)

• 第二次检查：进入同步块后，再次检查 singleton 是否为 null。
  • 这是因为可能有多个线程在第一次检查时通过了 if (singleton == null)，但只有一个线程能够进入同步块。
  • 如果没有第二次检查，可能会导致多个线程创建多个实例。

2.7. singleton = new Singleton();

• 创建单例实例。
• 由于 volatile 的作用，确保对象初始化完成后，其他线程能够正确看到 singleton 的值。

2.8. return singleton;

• 返回单例实例。

3. 为什么需要双重检查锁定？

双重检查锁定的目的是在保证线程安全的同时，尽量减少同步的开销：

1. 第一次检查：避免每次调用 getSingleton() 都进入同步块，提高性能。
2. 第二次检查：确保在多线程环境下，只有一个线程能够创建实例，保证线程安全。

4. 为什么需要 volatile？

在没有 volatile 的情况下，可能会出现指令重排序问题：

1. singleton = new Singleton(); 不是一个原子操作，实际上分为三步：
   • 分配内存。
   • 调用构造函数初始化对象。
   • 将对象引用赋值给 singleton。
2. 如果发生指令重排序，可能会导致以下情况：
   • 线程 A 执行了第 1 步和第 3 步，但尚未完成第 2 步。
   • 线程 B 访问到未完全初始化的对象，可能导致程序崩溃。
3. 使用 volatile 可以禁止指令重排序，确保对象初始化的有序性。

5. 优点

• 线程安全：通过双重检查和同步块，确保多线程环境下的安全性。
• 性能优化：避免每次获取实例时都加锁，提升性能。
• 延迟加载：实例在第一次使用时才会被创建，节省内存。

6. 缺点

• 实现较复杂，容易出错。
• 在某些情况下，可能会增加代码的维护成本。

7. 总结

这段代码是经典的双重检查锁定单例模式的实现，适用于多线程环境下的单例创建。通过 volatile 和双重检查机制，既保证了线程安全，又优化了性能，是一种高效的单例模式实现方式。