Как проверить потокобезопасность ленивого синглтона в Java

Что проверяют

Понимаете ли вы модель памяти Java, а не только слово synchronized. Интервьюер ждёт, заметите ли вы, что многопоточный тест такой синглтон почти никогда не уронит, и что корректность здесь доказывается рассуждением. Следом просят написать правильную версию и сравнить её с альтернативами.

Как отвечать

Начните с кода. Double-checked locking работает только с private static volatile LazySingleton instance. Без volatile запись ссылки может стать видимой другому потоку раньше, чем отработал конструктор, и тот получит объект с неинициализированными полями. volatile даёт отношение happens-before между записью и чтением.

Что можно сделать тестами:

• гонка при создании: ExecutorService на десятки потоков, общий CountDownLatch, чтобы все стартовали одновременно, экземпляры собираются в ConcurrentHashMap.newKeySet(), в конце проверка, что он один. Счётчик вызовов конструктора на AtomicInteger и искусственная задержка в конструкторе расширяют окно гонки;
• jcstress: инструмент из OpenJDK многократно гоняет конкурентные сценарии и ловит эффекты переупорядочивания, но работает на JVM, а не на ART;
• статический анализ: SpotBugs и Error Prone находят double-checked locking без volatile.

Потом назовите варианты, которые проще проверить на ревью:

• holder-класс: private static class Holder { static final LazySingleton INSTANCE = new LazySingleton(); }. Ленивость и потокобезопасность обеспечивает сама инициализация класса;
• enum: защищает и от рефлексии, и от сериализации;
• Kotlin: object или by lazy, у которого режим по умолчанию LazyThreadSafetyMode.SYNCHRONIZED.

Где спотыкаются

Показывают double-checked locking без volatile и считают его рабочим, потому что тест с десятью потоками всегда печатает один адрес.

Путают видимость с атомарностью: думают, что synchronized вокруг создания решает всё, хотя первое чтение поля идёт вне блока.

Уверяют, что прогон теста доказывает корректность. Зелёный многопоточный тест говорит только о том, что баг не проявился в этот раз.