Дорого ли обходиться использовавние lock, зачем делать Singleton with double check locking?

Question

[Vadim Nikiforov]

Мне как-то объяснил человек с очень большим опытом (около 20 лет) программирования (senior), что lock - это довольно дорогая операция, потому что под капотом у lock = try + Monitor.Enter() + finally + Monitor.Release() и это "very expansive" и поэтому мы делаем вот так:

if (_ht == null) 
{
    lock (_sync) 
    {
         Create();
    }
}

Может проверку можно было сделать в методе Create()? А не перед lock?
Но как-то я проходил интервью в одну компанию на позицию middle+/senior разработчика и мне их senior и team lead сказали, что lock это одна из самых дешевых оперций по синхронизации.

Так вот мой первый вопрос, а кто был прав? А кто ввел меня в заблуждение?

Следовательно у меня появился следующий вопрос, а зачем нам делать Singleton with double check locking?

public sealed class Singleton1
    {
        private static volatile Singleton1 _instance;

        //locker
        private static readonly object Loker = new();

        public static Singleton1 Instance
        {
            get
            {
                //first check
                if (_instance == null)
                {
                    // another Thread may create instance
                    lock (Loker) // very expensive, because - lock = try + Monitor.Enter() + finally + Monitor.Release()
                    {
                        //second check
                        if (_instance == null)
                        {
                            _instance = new Singleton1();
                        }
                    }
                }

                return _instance;
            }
        }
    }

Может быть достаточно и одной проверки как то вот так?

public sealed class Singleton1
    {
        private static volatile Singleton1 _instance;

        //locker
        private static readonly object Loker = new();

        public static Singleton1 Instance
        {
            get
            {
                  lock (Loker)
                  {
                        // only one check and everything is fine :)
                      if (_instance == null)
                      {
                          _instance = new Singleton1();
                      }
                }

                return _instance;
            }
        }
    }

Answer 1

[Василий Банников]

зачем делать Singleton with double check locking

Синглтон имеет смысл делать только тогда, когда (все три):
1. Не факт, что за время работы приложения, понадобится экземпляр этого класса (иначе разруливаем через обычный static)
2. Создавать его очень дорого, и его экземпляр требует много ресурсов (памяти, или может каких-то неуправляемых), по тому его нужно ещё и переиспользовать везде. (иначе зачем в принципе синглтон?)
3. Нет возможности разрулить это на уровне Dependency Injection (иначе разруливаем через DI)

Double check-lock необходим, чтобы гарантировать, что экземпляр синглтона будет создан только 1.
Считается, что создавать экземпляр синглтона дороже, чем 1 лок.
А проверка перед локом нужна затем, чтобы не блокировать лишний раз.

сказали что lock это одна из самых дешевых оперций по синхронизации.

Да, это так. Если гораздо более дорогие операции.

get
            {
                  lock (Loker)
                  {
                        // only one check and everything is fine :)
                      if (_instance == null)
                      {
                          _instance = new Singleton1();
                      }
                }

                return _instance;
            }

А зачем тебе Lock, если ты не собираешься изменять переменную?
Сначала проверяешь на null, чтобы проверить, придётся ли тебе её менять.
Потом поднимаешь lock и проверяешь снова, чтобы гарантировать, что ты один обращаешься.
Для чтения lock не нужен.
Проверка на null - гораздо дешевле, чем lock, по тому перед поднятием блокировки есть смысл проверить на null

Comments

[Vadim Nikiforov]

Привет!) Получается они все были правы (Senior with 20y experience, Senior & Team Laed from some company) В контексте всего приложения lock довольно дешевая операция, а контексте метода lock дороже чем проверка if (condition ...) { your code .... } и поэтому мы делаем проверку и перед lock?

[Василий Банников]

Vadim Nikiforov, именно так

[Vadim Nikiforov]

Василий Банников, Many thanks!

[insighter]

Не факт, что за время работы приложения, понадобится экземпляр этого класса (иначе разруливаем через обычный static)

Включу зануду, но все таки статическая переменная это и есть синглтон. А lazy паттерн не является эксклюзивом синглтона. Но на практике в 90% случаев синглтон - это ленивчик.

[AndromedaStar]

Василий Банников,

Проверка на null - гораздо дешевле

Вот это дешевая операция:
cmp dword ptr [ebp-0x1c], 0
А вот эта уже не такая уж и дешевая?
cmp dword ptr [0x1008c9b8], 0
Или я не очень прав?

[Василий Банников]

AndromedaStar, дешёвая в том смысле, что тебе не придётся синхронизировать потоки.
Что будет, если два потока одновременно обратятся и захотят сделать lock?

[Василий Банников]

insighter, я в том смысле, что часто проще реализовать синглтон без ленивой инициализации - просто как статическое поле (пусть рантайм сам решает, когда его инициализировать).
Ну или через Lazy'T
А ещё лучше вообще так не делать.

[Vadim Nikiforov]

Василий Банников, Ты имел ввиду как то так?

public sealed class Singleton2 
    { 
        // one time in static constructor 
        private static readonly Singleton2 instance = new();  // 2e.В конструкторе выполняется вот эта строка
        // static constructor 
        static Singleton2() { }  // 1е. Выполняется static конструктор, он выполняется только один раз
        // get instance  
        public static Singleton2 Instance  // 3е используется для получения интанции класса 
        { 
            get { return instance; } 
        } 
    }

PS: Одного моего знакомого завалили на собесе на этом) Типа а как сделать Singleton без lock?)

[Василий Банников]

Vadim Nikiforov, Типа того, да. Если максимально упрощать - будет так

public sealed class Singleton {
  public static Singleton Instance {get;} = new Singleton();
}

Ещё через Lazy можно - это вообще идеальный вариант, где все возможные конкуренси проблемы учтены.

[Vadim Nikiforov]

Василий Банников, Классно! В одну строчку) Добавлю себе в заметки)

Answer 2

[AndromedaStar]

lock - это супер дешевая операция. Открытие/закрытие мьютекса - 25 нс. Боюсь, что проверка на null-pointer дороже обходится, но это интересный вопрос. Если вы выясните этот вопрос, что быстрее - будет прикольно узнать.
Но в контексте вашего вопроса траты на lock абсолютно смехотворны, так как затраты будут 50 - 100 нс. Это сравнимо с доступом к RAM.
Да, кстати, я часто сталкивался на собесах, что люди думают, что мьютекс реализован как-то программно на уровне ОС или вообще какая-то магия происходит в виртуальной машине. Но нет, это реализовано прямо на уровне железа, поэтому это настолько быстро.