无锁和无等待线程安全的延迟初始化

Question

要执行无锁和无等待的惰性初始化，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;
   }
}

它运行得很好，除了一件事:如果两个线程看到实例null，它们都创建了一个新对象，只有一个幸运地通过CAS操作来设置它，这导致了资源的浪费。

有没有人建议另一种无锁惰性初始化模式，它通过两个并发线程减少创建两个昂贵对象的可能性？

Answer 1

如果你想要真正的锁-自由，你将不得不做一些旋转。你可以有一个线程‘胜利’创作权，但其他必须旋转，直到它准备好。

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(您可以在其中安睡或屈服)，但我可能仍然推荐按需初始化。

Answer 2

我认为您需要对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，特别是对于懒惰的单身汉。二次检查锁定最小化了实际执行synchronized块的次数。

Answer 3

我可能会采用懒惰的init Singleton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;
}

实际上，我没有看到使用AtomicReference成员字段的任何理由。