互斥锁的指针进行双重NULL检查的原因是什么

Question

我最近读了一本关于系统软件的书。其中有一个我不理解的例子。

volatile T* pInst = 0;
T* GetInstance()
{
  if (pInst == NULL)
  {
   lock();
   if (pInst == NULL)
     pInst = new T;
   unlock();
  }
  return pInst;
}

为什么作者要检查(pInst == NULL)两次？

Answer 1

当两个线程同时尝试GetInstance()首次调用时，两个线程都将pInst == NULL在第一次检查时看到。一个线程将首先获得锁，从而可以对其进行修改pInst。

第二个线程将等待锁可用。当第一个线程释放锁时，第二个线程将获得它，现在pInst第一个线程已经修改了锁的值，因此第二个线程不需要创建新实例。

lock()和之间只有第二次检查unlock()是安全的。无需先检查即可工作，但会变慢，因为每次调用GetInstance()都会调用lock()和unlock()。第一次检查可以避免不必要的lock()呼叫。

volatile T* pInst = 0;
T* GetInstance()
{
  if (pInst == NULL) // unsafe check to avoid unnecessary and maybe slow lock()
  {
   lock(); // after this, only one thread can access pInst
   if (pInst == NULL) // check again because other thread may have modified it between first check and returning from lock()
     pInst = new T;
   unlock();
  }
  return pInst;
}

另请参阅https://en.wikipedia.org/wiki/Double-checked_locking（摘自interjay的评论）。

注意：此实现要求对它的读写访问volatile T* pInst都是原子的。否则，第二线程可能会读取仅由第一线程写入的部分写入的值。对于现代处理器，尽管并非所有架构都可以保证访问指针值（不是所指向的数据）是一种原子操作。

如果访问pInst不是原子的，则第二个线程可能pInst在获取锁之前进行检查时读取部分写入的非NULL值，然后可能return pInst在第一个线程完成其操作之前执行，这将导致返回错误的指针值。