无锁和无等待线程安全延迟初始化

Question

要执行无锁和无等待延迟初始化，我执行以下操作：

private AtomicReference<Foo> instance = new AtomicReference<>(null);  

public Foo getInstance() {
   Foo foo = instance.get();
   if (foo == null) {
       foo = new Foo();                       // create and initialize actual instance
       if (instance.compareAndSet(null, foo)) // CAS succeeded
           return foo;
       else                                   // CAS failed: other thread set an object 
           return instance.get();             
   } else {
       return foo;
   }
}

而且它工作得很好，除了一件事：如果两个线程看到实例null，它们都会创建一个新对象，只有一个幸运的是通过CAS操作设置它，这会导致资源浪费。

是否有人建议另一种 无锁 惰性初始化模式，它可以降低两个并发线程创建两个昂贵对象的可能性？

Answer 1

如果你想要真正的无锁，你将不得不做一些旋转。您可以拥有一个线程“赢得”创建权，但其他线程必须旋转直到准备好。

private AtomicBoolean canWrite = new AtomicBoolean(false);  
private volatile Foo foo; 
public Foo getInstance() {
   while (foo == null) {
       if(canWrite.compareAndSet(false, true)){
           foo = new Foo();
       }
   }
   return foo;
}

这显然存在忙于旋转的问题（您可以在其中设置 sleep 或 yield），但我可能仍会推荐 Initialization on demand。

Answer 2

我认为您需要为对象创建本身进行一些同步。我会这样做：

// The atomic reference itself must be final!
private final AtomicReference<Foo> instance = new AtomicReference<>(null);
public Foo getInstance() {
  Foo foo = instance.get();
  if (foo == null) {
    synchronized(instance) {
      // You need to double check here
      // in case another thread initialized foo
      Foo foo = instance.get();
      if (foo == null) {
        foo = new Foo(); // actual initialization
        instance.set(foo);
      }
    }
  }
  return foo;
}

这是一种非常常见的模式，尤其是对于懒惰的单身人士。 Double checked locking 最小化了 synchronized 块的实际执行次数。

Answer 3

我可能会使用惰性初始化单例模式：

private Foo() {/* Do your heavy stuff */}

private static class CONTAINER {
 private static final Foo INSTANCE = new Foo();
}

public static Foo getInstance() {
 return CONTAINER.INSTANCE;
}

我实际上没有看到任何理由为自己使用 AtomicReference 成员字段。

Answer 4

如果使用另一个volatile 变量来锁定呢？ 你可以用新变量做双锁吗？

Answer 5

我不确定最终结果是否应该以性能为中心，如果是，下面不是解决方案。例如，您能否检查两次，然后在第一次检查后调用 thread.sleep 方法随机毫秒小于 100 毫秒。

private AtomicBoolean canWrite = new AtomicBoolean(false);  
private volatile Foo foo; 
public Foo getInstance() {
   if(foo==null){
          Thread.Sleep(getRandomLong(50)) // you need to write method for it
         if(foo==null){
            foo = new Foo();
      }
   }
   return foo;
}