Visual Basic、NET实现双检锁(DCL)模式(二)

Private Sub Run1()
Dim o As Product
o = Factory1.GetInstance
System.Console.WriteLine("Total number of objects created: {0} ", o.GetCount)
End Sub

Private Sub btnCreate1_Click(…) Handles btnCreate1.Click
Dim t(9) As Thread
Dim count As Integer

For count = 0 To 9
t(count) = New Thread(AddressOf Run1)
t(count).Start()
Next
End Sub

代码清单4、客户端的源代码

另外在Factory1的GetInstance()方法的第一行加入:

Thread.Sleep(10)

的语句,相当于模拟一个冗长的产品创建过程,使得最早进入的线程等待后面的线程,从而凸显现多线程的问题。

上面的客户端代码使用了10个线程同时调用工厂方法,然后调用产品的计数方法,打印出产品类的实例总数。如果读者运行一下这些代码的话,就会发现,工厂方法会创建出远多于1个的产品实例,在笔者运行这段代码时,系统整整产生了9个产品实例。

因此Factory1作为循环使用产品实例的工厂在多线程环境中是失败的。使用类似于代码清单4的客户端进行试验的话,可以看出系统自始至终仅仅创建了一个产品实例。

一个线程安全的版本

  为了克服没有线程安全的缺点,下面给出一个线程安全的GetInstance()方法:

<MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)>_
Public Shared Function GetInstance() As Product
 Thread.Sleep(10)

 If (instance Is Nothing) Then
  instance = New Product()
 End If

 Return instance
End Function

代码清单5、这是一个线程安全的正确答案

  显然,由于整个静态工厂方法都是同步化的,因此,不会有两个线程同时进入这个方法。因此,当线程A和B作为第一批调用者同时或几乎同时调用此方法时:

  早到一点的线程A会率先进入此方法,同时线程B会在方法外部等待;

  1. 对线程A来说,instance变量的值是Nothing,因此instance = New Product()语句会被执行。

  2. 线程A结束对方法的执行,instance变量的值不再是Nothing。

  3. 线程B进入此方法,instance变量的值不再是Nothing,因此instance = New Product()语句不会被执行。线程B取到的是instance变量所含有的引用,也就是对线程A所创立的Product实例的引用。

  显然,线程A和B持有同一个Product实例,这是正确的。

  读到这里,读者可以参看本文后面的问答题1、2和3。

  优化的线程安全版本---DCL模式

  再进入本节的讨论之前,首先复习一下Mutex类。Mutex可以提供排他性的访问限制,通过只允许一个线程访问这个资源,从而达到同步化的目的。需要取得访问许可的线程,必须调用WaitOne()方法。如果当前没有其他线程访问,则线程可以取得访问许可;不然就会在这个语句处等待。访问结束的时候,可以调用ReleaseMutex()方法,释放访问许可。

  仔细审察上面的代码清单5就会发现,同步化实际上只在instance变量第一次被赋值之前才有用。在instance变量有了值以后,同步化实际上变成了一个不必要的瓶颈。如果能有一个方法去掉这个小小的额外开销,不是更加完美了吗?因此,就有了下面这个设计巧妙的双检锁(Double-Check Locking)。

Public Class Factory3
Private Shared instance As Product
Private Shared m As Mutex = New Mutex()

Private Sub New()
 System.Console.WriteLine("Factory object is created.")
End Sub

Public Shared Function GetInstance() As Product
 Thread.Sleep(10)
 If (instance Is Nothing) Then '位置1
  '位置2
  m.WaitOne()
  '位置3
  If (instance Is Nothing) Then '位置4
   instance = New Product()
  End If
  m.ReleaseMutex()
 End If

 Return instance
 End Function
End Class

代码清单6、使用DCL模式的懒汉式工厂类

  对于初次接触DCL模式的读者来说,这个技巧的思路并不明显易懂,因此本文在这里给出一个详尽的解释。同样,这里假设线程A和B作为第一批调用者同时或几乎同时调用静态工厂方法。

  1. 因为线程A和B是第一批调用者,因此当它们进入此静态工厂方法时,instance变量是Nothing。因此线程A和B会同时或几乎同时到达位置1。

  2. 假设线程A会首先到达位置2,并进入m.WaitOne()并到达位置3。这时,由于m.WaitOne()的同步化限制,线程B无法到达位置3,而只能在位置2等候。

  3. 线程A执行instance = New Product()语句,使得instance变量得到一个值,即对一个Product对象的引用。此时,线程B只能继续在位置2等候。

  4. 线程A退出m.WaitOne(),返回instance对象,退出静态工厂方法。

  5. 线程B进入m.WaitOne()块,达到位置3,进而达到位置4。由于instance变量已经不是Nothing了,因此线程B退出 m.WaitOne(),返回instance所引用的Product对象(也就是线程A所创建的Product对象),退出静态工厂方法。