著名的双检锁技术

最近公司的项目中发现一个编译优化导致的bug。同事叙述为“在CPU开启out-of-order execution优化时，是有bug的”。针对这个问题，比较好的优化方法如下：

        private static JobManager self;
        private static object asyncObj = new object();

        public static JobManager Instance
        {
            get
            {
                if (self == null)
                {
                    lock (asyncObj)
                    {
                        if (self == null)
                        {
                            // 正确的实现方法应该为： var temp = new JobManager(); Interlocked.Exchange(ref self, temp);
                            self = new JobManager();
                        }
                    }
                }
                return self;
            }
        }

这里需要解释一下：

self = new JobManager()

这句你的本意是为 JobManager 分配内存，调用构造器初始化字段，再将引用赋给 self ，即发布出来让其他线程可见。但是，那只是你一厢情愿的想法，编译器可能这样做：为JobManager 分配内存，将引用发布到（赋给）self，再调用构造器。然而，如果在将引用发布给 self 之后，调用构造器之前，另一个线程发现 self 不为 null，便开始使用JobManager对象，这时会发生什么？这个时候对象的构造器还没有执行结束！这是一个很难追踪的bug。

从双检锁技术的角度来看，使用Interlocked.Exchange确实是最好的解决方案。但有两个问题，它该如何解决？

1.速度是否够快？

2.如果一个线程池线程在Monitor的线程同步构造上阻塞，线程池会创建另一个线程来保持CPU的“饱和”，而创建一个新线程的代价是很昂贵的，我们该如何避免这样的情况？

 

试着跳出“lock+2次if”的框子，我们可以使用Interlocked.CompareExchange来解决上面的问题。下面是一个示例：

    internal sealed class MySingleton
    {
        private static MySingleton s_value = null;
        public static MySingleton GetMySingleton()
        {
            if (s_value != null) return s_value;
 
            MySingleton temp = new MySingleton();
            Interlocked.CompareExchange(ref s_value, temp, null);
            return s_value;
        }
    }

虽然多个线程同时调用GetMySingleton，会创建2个或者更多的MySingleton对象，但没有被s_value引用的临时对象会在以后被垃圾回收。大多数应用程序很少会发生同时调用GetMySingleton的情况，所以不太可能出现创建多个MySingleton对象的情况。上述代码带来优势是很明显的，首先，它的速度是非常快，其次，它永不阻塞线程。这就解决了前面在双检锁技术中提出的问题。

 

另外，在.net 4.0中提供了2个类型封装上述两种模式（双检锁技术、使用Interlocked.CompareExchange技术）：

泛型System.Lazy类和System.Threading.LazyInitializer类。下面是2个示例：

        public static void Main()
        {
            Lazy<string> s = new Lazy<string>(() => DateTime.Now.ToLongTimeString(), LazyThreadSafetyMode.PublicationOnly);

            Console.WriteLine(s.IsValueCreated);
            Console.WriteLine(s.Value);
            Console.WriteLine(s.IsValueCreated);
            Thread.Sleep(5000);
            Console.WriteLine(s.Value);
            Console.WriteLine(DateTime.Now.ToLongTimeString());
        }

 

输出结果：

        public static void Main()
        {
            string name = null;

            LazyInitializer.EnsureInitialized(ref name, () => "Benjamin");
            Console.WriteLine(name);
 
            LazyInitializer.EnsureInitialized(ref name, () => "Yao");
            Console.WriteLine(name);
        }

输出结果：

其中枚举LazyThreadSafetyMode解释如下：

    public enum LazyThreadSafetyMode
    {
        None = 0,     //完全没有线程安全劫持（适合GUI应用程序）
        PublicationOnly = 1,      //使用Interlocked.CompareExchange技术
        ExecutionAndPublication = 2,     //使用双检锁技术
    }