Visual Basic.NET实现双检锁(DCL)模式

本文介绍了称为双检锁（Double-Check Locking简称DCL）模式的代码模式，它的工作原理及其在Singleton（单例）模式及Multiton（多例）模式中的应用，并且讨论了DCL模式在Visual Basic.NET和C#语言中的实现。其中Visual Basic.NET的源代码可以在文中看到，C#的源代码在附录中给出。

　　本文假设读者熟悉Visual Basic.NET或C#的多线程概念、设计模式的基本概念，以及UML基本图标。

　　DCL模式(Double-Check Locking Pattern)有时又称作双检模式（Double-Check Pattern），只有在多线程的环境中才有用。它是从C语言移植过来的。在C语言里，DCL模式常常用在多线程环境中类的迟实例化(Late Instantiation)里。

　　DCL模式通常与Factory模式一同使用，用来循环使用产品对象。如果读者熟悉Singleton（Singleton）模式的话，DCL模式可以使用到"懒汉式"的Singleton模式里面，用来提供唯一的产品对象。通过进一步推广，可以使用到Multiton模式和Flyweight模式里面。

　　从Factory模式谈起

　　为了解释什么是DCL模式，还是从Factory模式谈起吧。

　　在下面的类图中，工厂类Factory0有一个共享方法GetInstance()用来提供产品类Product的实例。

图1、一个由工厂类与产品类组成的系统。

　　Factory0的源代码如下：

Public Class Factory0 　Public Shared Function GetInstance() As Product 　　Return New Product() 　End Function End Class

代码清单1、Factory0类的源代码

　　显然，只要调用GetInstance()方法就会得到Product类的实例，每一次调用得到的都是新的实例。Product类特别提供了计数的方法，通过调用GetCount()方法就可以得到Product所有实例的总数。

Public Class Product Private Shared count As Integer = 0 Public Sub New() 　count += 1 　System.Console.WriteLine("Product number {0} is created.", count) End Sub Public Shared Function GetCount() As Integer 　Return count 　End Function End Class

代码清单2、产品类Product的源代码

　　但是如果产品类的实例必须循环使用，而不能无限制创建的话，工厂方法GetInstance()的内容必须改写，以实现必要的循环逻辑。而最简单的循环逻辑，就是重复使用单一的产品类实例。比如下面的源代码就实现了单一产品类实例的逻辑：

Public Class Factory1 Private Shared instance As Product Public Shared Function GetInstance() As Product 　If (instance Is Nothing) Then 　　instance = New Product() 　End If 　Return instance End Function End Class

代码清单3、工厂类Factory1的源代码

　　简单得不能再简单了吧？如果已经创建过Product类实例的话，就返还这个实例；反之，就首先创建这个实例，将之记录在案，然后再返还它。

　　写出这样的代码，本意显然是要保持在整个系统里只有一个Product 的实例；因此才会有 If (instance Is Nothing) Then 的检查。不很明显的是，如果在多线程的环境中运行，上面的代码会有两个甚至两个以上的Product对象被创建出来，从而造成错误。

　　在多线程环境里，如果有两个线程A和B几乎同时到达 If (instance Is Nothing) Then语句的外面的话，假设线程A比线程B早一点点，那么：

　　1. A会首先进入If (instance Is Nothing) Then 块的内部，并开始执行New Product()语句。 至此时，instance变量仍然是Nothing，直到线程A的New Product()语句返回并给instance变量赋值。

　　2. 但是，线程B并不会在If (instance Is Nothing) Then 语句的外面等待，因为此时instance Is Nothing是成立的，它会马上进入If (instance Is Nothing) Then语句块的内部。 这样，线程B会不可避免地执行instance = New Product()的语句，从而创建出第二个实例来。

　　3. 下面，线程A的instance = New Product()语句执行完毕，instance变量得到了真实的对象引用， (instance Is Nothing)不再为真。第三个线程不会在进入If (instance Is Nothing) Then语句块的内部了。

　　4. 紧接着，线程B的instance = New Product()语句也执行完毕，instance变量的值被覆盖。但是第一个Product对象被线程A引用的事实不会改变。

　　这时，线程A和B各自拥有一个独立的Product对象，而这是错误的。为了能够直观地看到程序执行的结果，可以运行下面的客户端代码：

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。