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如果你搜索网上分析dcl为什么在java中失效的原因，都会谈到编译器会做优化云云，我相信大家看到这个一定会觉得很沮丧、很无助，对自己写的 程序很没信心。我很理解这种感受，因为我也经历过，这或许是为什么网上一直有人喜欢谈dcl的原因。如果放在java5之前，从编译器的角度去解释dcl 也无可厚非，在java5的JMM(内存模型)已经得到很大的修正，如果到现在还只能从编译器的角度去解释dcl，那简直就在污辱java，要知道 java的最大优势就是只需要考虑一个平台。你可以完全无视网上绝大多数关于dcl的讨论，很多时候他们自己都说不清楚，除Doug Lea等几个大牛，我不相信谁比谁更权威。
很多人不理解dcl，不是dcl有多么复杂，恰恰相反，而是对基础掌握得不够。所以，我会先从基础讲起，然后再分析DCL。
我们都知道，当两个线程同时读写(或同时写)一个共享变量时会发生数据竞争。那我怎么才能知道发生了数据竞争呢？我需要去读取那个变量，发生数据 竞争通常有两个表现：一是读取到陈旧数据，即读取到虽是曾经写入的数据，但不是最新的。二是读取到之前根本没有写入的值，也就是说读到垃圾。
数据陈旧性
为了读取到另一个线程写入的最新数据，JMM定义了一系列的规则，最基本的规则就是要利用同步。在Java中，同步的手段有synchronized和volatile两种，这里我只会涉及到syncrhonized。请大家先记住以下规则，接下来我会细讲。
规则一：必须对变量的所有写和所有读同步，才能读取到该最新的数据。
先看下面的代码：
- public class A {
- private int some;
- public int another;
- public int getSome() { return some; }
- public synchronized int getSomeWithSync() { return some; }
- public void setSome( int v) { some = v; }
- public synchronized void setSomeWithSync( int v) { some = v; }
- }
让我们来分析一个线程写，另一个线程读的情形，一共四种情形。初始情况都是a = new A()，暂不考虑其它线程。
情形一：读写都不同步。
| Thread1 | Thread2 |
| (1) a.setSome(13) | |
| (2) a.getSome() |
这种情况下，即使thread1先写入some为13，thread2再读取some，它能读到13吗？在没有同步协调下，结果是不确定的。从图 上看出，两个线程独立运行，JMM并不保证一个线程能够看到另一个线程写入的值。在这个例子中，就是thread2可能读到0（即some的初始值）而不 是13。注意，在理论上，即使thread2在thread1写入some之后再等上一万年也还是可能读到some的初始值0，尽管这在实际几乎不可能发 生。
情形二：写同步，读不同步
| Thread1 | Thread2 |
| (1) a.setSomeWithSync(13) | |
| (2) a.getSome() |
情形三：读同步，写不同步
| Thread1 | Thread2 |
| (1) a.setSome(13) | |
| (2) a.getSomeWithSync() |
在这两种情况下，thread1和thread2只对读或只对写some加了锁，这不起任何作用，和[情形一]一样，thread2仍有可能读到 some的初始值0。从图上也可看出，thread1和thread2互相之间并没有任何影响，一方加锁并不影响另一方的继续运行。图中也显示，同步操作 相当于在同步开始执行lock操作，在同步结束时执行unlock操作。
情形四：读写都同步
| Thread1 | Thread2 |
| (1) a.setSomeWithSync(13) | |
| (2) a.getSomeWithSync() |
在情形四中，thread1写入some时，thread2等待thread1写入完成，并且它能看到thread1对some做的修改，这时 thread2保证能读到13。实际上，thread2不仅能看到thread1对some的修改，而且还能看到thread1在修改some之前所做的 任何修改。说得更精确一些，就是一个线程的lock操作能看见另一线程对同一个对象unlock操作之前的所有修改，请注意图中的红色箭头。 沿着图中箭头指示方向，箭头结尾处总能看到箭头开始处操作做的修改。这样，a.some[thread2]能看见 lock[thread2]，lock[thread2]能看见unlock[thread1]，unlock[thread1]又能看见 a.some=13[thread1]，即能看到some的值为13。
再来看一个稍微复杂一点的例子：
例子五
| Thread1 | Thread2 |
| (1) a.another = 5 | |
| (2) a.setSomeWithSync(13) | |
| (3) a.getSomeWithSync() | |
| (4) a.another = 7 | |
| (5) a.another |
thread2最后会读到another的什么值呢？会不会读到another的初始值0呢，毕竟所有对another的访问都没有同步？不会。 从图中很清晰地可以看出，thread2的another至少到看到thread1在lock之前写入的5，却并不能保证它能看到thread1在 unlock写入的7。因此，thread2可以什么读到another的值可能5或7，但不会是0。你或许已经发现，如果去掉图中thread2读取 a.some的操作，这时相当于一个空的同步块，对结论并没有任何影响。这说明空的同步块是起作用的，编译器不能擅自将空的同步块优化掉，但你在使用空的 同步块应该特别小心，通常它都不是你想要的结果。另外需要注意，unlock操作和lock操作必须针对同一个对象，才能保证unlock操作能看到 lock操作之前所做的修改。
例子六：不同的锁
- class B {
- private Object lock1 = new Object();
- private Object lock2 = new Object();
- private int some;
- public int getSome() {
- synchronized (lock1) { return some; }
- }
- public void setSome( int v) {
- synchronized (lock2) { some = v; }
- }
- }
| Thread1 | Thread2 |
| (1) b.setSome(13) | |
| (2) b.getSome() |
在这种情况下，虽然getSome和setSome都加了锁，但由于它们是不同的锁，一个线程运行时并不能阻塞另一个线程运行。因此这里的情形和情形一、二、三一样，thread2不保证读到thread1写入的some最新值。
现在来看DCL：
例子七: DCL
- public class LazySingleton {
- private int someField;
- private static LazySingleton instance;
- private LazySingleton() {
- this .someField = 201 ; // (1)
- }
- public static LazySingleton getInstance() {
- if (instance == null ) { // (2)
- synchronized (LazySingleton. class ) { // (3)
- if (instance == null ) { // (4)
- instance = new LazySingleton(); // (5)
- }
- }
- }
- return instance; // (6)
- }
- public int getSomeField() {
- return this .someField; // (7)
- }
- }
假设thread1先调用getInstance()，由于此时还没有任何线程创建LazySingleton实例，它会创建一个实例s并返回。 这是thread2再调用getInstance()，当它运行到(2)处，由于这时读instance没有同步，它有可能读到s或者null（参考情形 二）。先考虑它读到s的情形，画出流程图就是下面这样的：
由于thread2已经读到s，所以getInstance()会立即返回s，这是没有任何问题，但当它读取s.someFiled时问题就发生 了。 从图中可以看thread2没有任何同步，所以它可能看不到thread1写入someField的值20，对thread2来说，它可能读到 s.someField为0，这就是DCL的根本问题。从上面的分析也可以看出，为什么试图修正DCL但又希望完全避免同步的方法几乎总是行不通的。
接下来考虑thread2在(2)处读到instance为null的情形，画出流程图：
接下来thread2会在有锁的情况下读取instance的值，这时它保证能读到s，理由参考情形四或者通过图中箭头指示方向来判定。
关于DCL就说这么多，留下两个问题：
- 接着考虑thread2在(2)读到instance为null的情形，它接着调用s.someFiled会得到什么？会得到0吗？
- DCL为什么要double check，能不能去掉(4)处的check？若不能，为什么？
原子性
回到情形一，为什么我们说thread2读到some的值只可能为为0或13，而不可能为其它？这是由java对int、引用读写都是原子性所决 定的。所谓“原子性”，就是不可分割的最小单元，有数据库事务概念的同学们应该对此容易理解。当调用some=13时，要么就写入成功要么就写入失败，不 可能写入一半。但是，java对double, long的读写却不是原子操作，这意味着可能发生某些极端意外的情况。看例子：
- public class C {
- private /* volatile */ long x; // (1)
- public void setX( long v) { x = v; }
- public long getX() { return x; }
- }
| Thread1 | Thread2 |
| (1) c.setX(0x1122334400112233L) | |
| (2) c.getX() |
thread2读取x的值可能为0，1122334400112233外，还可能为别的完全意想不到的值。一种情况假设jvm对long的写入是 先写低4字节，再写高4字节，那么读取到x的值还可能为112233。但是我们不对jvm做如此假设，为了保证对long或double的读写是原子操 作，有两种方式，一是使用volatile，二是使用synchronized。对上面的例子，如果取消(1)处的volatile注释，将能保证 thread2读取到x的值要么为0，要么为1122334400112233。如果使用同步，则必须像下面这样对getX，setX都同步：
- public class C {
- private /* volatile */ long x; // (1)
- public synchronized void setX( long v) { x = v; }
- public synchronized long getX() { return x; }
- }
因此对原子性也有规则(volatile其实也是一种同步）。
规则二：对double, long变量，只有对所有读写都同步，才能保证它的原子性
有时候我们需要保证一个复合操作的原子性，这时就只能使用synchronized。
- public class Canvas {
- private int curX, curY;
- public /* synchronized */ getPos() {
- return new int [] { curX, curY };
- }
- public /* synchronized */ void moveTo( int x, int y) {
- curX = x;
- curY = y;
- }
- }
| Thread1 | Thread2 |
| (1) c.moveTo(1, 1) | |
| (2) c.moveTo(2, 2) | |
| (3) c.getPos() |
当没有同步的情况下，thread2的getPos可能会得到[1, 2], 尽管该点可能从来没有出现过。之所以会出现这样的结果，是因为thread2在调用getPos()时,curX有0,1或2三种可能，同样curY也有 0,1或2三种可能，所以getPos()可能返回[0,0], [0,1], [0,2], [1,0], [1,1], [1,2], [2,0], [2,1], [2,2]共九种可能。要避免这种情况，只有将getPos()和moveTo都设为同步方法。
总结
以上分析了数据竞争的两种症状，陈旧数据和非原子操作，都是由于没有恰当同步引起的。这些其实都是相当基础的知识，同步可有两种效果：一是保证读 取最新数据，二是保证操作原子性，但是大多数书籍都对后者过份强调，对前者认识不足，以致对多线程的认识上存在很多误区。如果想要掌握java线程高级知 识，我只推荐《Java并发编程设计原则与模式》。其实我已经好久没有写Java了，这些东西都是我两年前的知识，如果存在问题，欢迎大家指出，千万不要 客气。
