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单例模式的线程安全性

人丑多读书 破玉 254次浏览 1个评论

单例模式简介

  单例模式,确保了一个类只有一个实例,为整个系统提供全局访问点的一种设计模式。
(1)、在任何情况下,单例类永远只有一个实例存在
(2)、单例需要有能力为整个系统提供这一唯一实例
单例对象通常作为程序中的存放配置信息的载体,因为它能保证其他对象读到一致的信息。例如在某个服务器程序中,该服务器的配置信息可能存放在数据库或文件中,这些配置数据由某个单例对象统一读取,服务进程中的其他对象如果要获取这些配置信息,只需访问该单例对象即可。

单例模式的几种实现方式

懒汉式单例模式

这段代码简单明了,而且使用了懒加载模式,但是却存在致命的问题。当有多个线程并行调用 getInstance() 的时候,就会创建多个实例。也就是说在多线程下不能正常工作。

public class Singleton {
    private static Singleton instance;
    private Singleton (){}

    public static Singleton getInstance() {
     if (instance == null) {
         instance = new Singleton();
     }
     return instance;
    }
}

饿汉式单例模式

public class Singleton{
    //类加载时就初始化
    private static final Singleton instance = new Singleton();
    
    private Singleton(){}

    public static Singleton getInstance(){
        return instance;
    }
}

缺点是它不是一种懒加载模式(lazy initialization),单例会在加载类后一开始就被初始化,即使客户端没有调用 getInstance()方法。饿汉式的创建方式在一些场景中将无法使用:譬如 Singleton 实例的创建是依赖参数或者配置文件的,在 getInstance() 之前必须调用某个方法设置参数给它,那样这种单例写法就无法使用了。

线程安全的懒汉式单例模式

public static synchronized Singleton getInstance() {
    if (instance == null) {
        instance = new Singleton();
    }
    return instance;
}

做到了线程安全,并且解决了多实例的问题,但是它并不高效。因为在任何时候只能有一个线程调用 getInstance() 方法。但是同步操作只需要在第一次调用时才被需要

双重检验锁与懒汉式单例模式

public static Singleton getSingleton() {
    if (instance == null) {                         //Single Checked
        synchronized (Singleton.class) {
            if (instance == null) {                 //Double Checked
                instance = new Singleton();
            }
        }
    }
    return instance ;
}

双重检验锁模式(double checked locking pattern),是一种使用同步块加锁的方法。程序员称其为双重检查锁,因为会有两次检查 instance == null,一次是在同步块外,一次是在同步块内。为什么在同步块内还要再检验一次?因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if,如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了。

这并非是一个原子操作
,事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情。
1.给 instance 分配内存
2.调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
3.将instance对象指向分配的内存空间(执行完这步 instance 就为非 null 了)

但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化。也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的,最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2。如果是后者,则在 3 执行完毕、2 未执行之前,被线程二抢占了,这时 instance 已经是非 null 了(但却没有初始化),所以线程二会直接返回 instance,然后使用,然后顺理成章地报错。

我们只需要将 instance 变量声明成 volatile 就可以了。

public class Singleton {
    private volatile static Singleton instance; //声明成 volatile
    private Singleton (){}

    public static Singleton getSingleton() {
        if (instance == null) {                         
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {       
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
   
}

静态内部类实现的单例模式

public class Singleton {  
    private static class SingletonHolder {  
        private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();  
    }  
    private Singleton (){}  
    public static final Singleton getInstance() {  
        return SingletonHolder.INSTANCE; 
    }  
}

由于 SingletonHolder 是私有的,除了 getInstance() 之外没有办法访问它,因此它是懒汉式的;同时读取实例的时候不会进行同步,没有性能缺陷;也不依赖 JDK 版本。

枚举 Enum实现单例

public enum EasySingleton{
    INSTANCE;
}

我们可以通过EasySingleton.INSTANCE来访问实例,这比调用getInstance()方法简单多了。创建枚举默认就是线程安全的,所以不需要担心double checked locking,而且还能防止反序列化导致重新创建新的对象。

参考单例模式

高并发下线程安全的单例模式


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(1)个小伙伴在吐槽
  1. 这个网站你竟然还在维护! :lol:
    Doraemon2017-12-26 10:11 回复
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