Почему небезопасно (кратко)
- При создании объекта JVM/процессор могут выполнить перестановку операций: (i) выделение памяти, (ii) присвоение ссылки переменной, (iii) инициализация полей. Из-за перестановки ссылка может оказаться видимой другим потокам до завершения инициализации. Тогда поток B увидит непустой экземпляр и начнёт использовать частично сконструированный объект.
- Без `volatile` нет гарантии видимости и порядка записи/чтения между потоками по модели памяти Java — следовательно double-checked locking может вернуть «полуготовый» объект.
- Эта проблема реально решена только в модели памяти Java после $\text{Java}5$; до этого поведение было особенно ненадёжным.
Пример неправильного кода (упрощённо)
private static Singleton instance;
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) { // первый (вне synchronized) чек
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) { // второй чек
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
Почему это ломается (схема перестановки)
$1.$ выделить память для объекта
$2.$ присвоить ссылку в instance (может выполниться раньше)
$3.$ выполнить конструктор (инициализацию полей)
Если шаг $2$ выполнится раньше шага $3$, другой поток увидит ненулевую ссылку, но поля ещё не инициализированы.
Корректные решения (коротко)
1) Пометить поле как volatile (самый прямой фикс)
private static volatile Singleton instance;
public static Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
Пояснение: `volatile` запрещает небезопасные перестановки и обеспечивает видимость; двойная проверка корректна на JVM начиная с $\text{Java}5$.
2) Инициализация через holder-класс (рекомендовано — лениво, потокобезопасно без синхронизации при каждом вызове)
private static class Holder {
static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance() {
return Holder.INSTANCE;
}
Пояснение: загрузка класса `Holder` инициализирует `INSTANCE` потокобезопасно по спецификации JVM.
3) Использовать enum (если это singleton)
public enum Singleton {
INSTANCE;
// методы и поля
}
Пояснение: простое, безопасное и устойчивое к сериализации решение.
4) Альтернативы: synchronized метод (просто, но синхронизирует каждый вызов) или атомарные структуры (`AtomicReference` + CAS) для специализированных случаев.
Короткий вывод
- Double-checked locking без `volatile` небезопасен из‑за возможной перестановки и отсутствия гарантий видимости.
- Лучшее простое исправление — сделать поле `volatile` или использовать holder-idiom/enum, в зависимости от требований.