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@Tyhj 2017-05-20T08:31:39.000000Z 字数 2331 阅读 862

Java单例模式学习

Java


原文:https://www.zybuluo.com/Tyhj/note/760586
单例模式是java中经常用到的,就是一个类只创建一个实例。
根据这个定义很快写出第一种:

  1. //第一种单例
  2. public class Singleton {
  3. private static Singleton instance;
  4. private Singleton (){}
  5. public static Singleton getInstance() {
  6. if (instance == null) {
  7. instance = new Singleton();
  8. }
  9. return instance;
  10. }
  11. }

但是当多个线程调用getInstance()的时候就会创建多个实例,那么这就不是单例了,那我们可以简单的加上synchronized,将整个 getInstance()方法设为同步来处理:

  1. //第二种单例
  2. public synchronized static Singleton getInstance() {
  3. if (instance == null) {
  4. instance = new Singleton();
  5. }
  6. return instance;
  7. }

这样其实就可以了,但是这样我们的线程就不能同时调用instance这个对象了,这样程序就不高效。我们可以只将初始化这一步同步,但是如果两个线程同时中执行getInstance(),这时候(由于同步)一个线程先执行,创建一个实例,另一个线程接着再去执行的话也创建了一个实例,所以在同步块内再加一次判断就好了:

  1. public static Singleton getInstance() {
  2. if (instance == null) {
  3. synchronized (Singleton.class) {
  4. if (instance == null) {
  5. instance = new Singleton();
  6. }
  7. }
  8. }
  9. return instance;
  10. }

现在其实还有一个很难发现的问题,主要在于instance = new Singleton()这句,这并非是一个原子操作("原子操作是不需要synchronized",这是Java多线程编程的老生常谈了。所谓原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作;这种操作一旦开始,就一直运行到结束,中间不会有任何 context switch (切 换到另一个线程)。),事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情:

  • 给 instance 分配内存
  • 调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量
  • 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(使用 volatile 的主要原因是它的一个特性:禁止指令重排序优化。) 就可以了:

  1. //双重检验锁模式
  2. public class Singleton {
  3. private volatile static Singleton instance; //声明成 volatile
  4. private Singleton (){}
  5. public static Singleton getSingleton() {
  6. if (instance == null) {
  7. synchronized (Singleton.class) {
  8. if (instance == null) {
  9. instance = new Singleton();
  10. }
  11. }
  12. }
  13. return instance;
  14. }
  15. }

但是特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的。其原因是 Java 5 以前的 JMM (Java 内存模型)是存在缺陷的,即时将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序,主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5 中才得以修复,所以在这之后才可以放心使用 volatile。

相信你不会喜欢这种复杂又隐含问题的方式,当然我们有更好的实现线程安全的单例模式的办法。

  1. //静态内部类
  2. public class Singleton {
  3. private static class SingletonHolder {
  4. private static final Singleton INSTANCE = new Singleton();
  5. }
  6. private Singleton (){}
  7. public static final Singleton getInstance() {
  8. return SingletonHolder.INSTANCE;
  9. }
  10. }

这种写法仍然使用JVM本身机制保证了线程安全问题;由于 SingletonHolder 是私有的,除了 getInstance() 之外没有办法访问它;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。

  1. //枚举 Enum
  2. public enum EasySingleton{
  3. INSTANCE;
  4. }

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。但是还是很少看到有人这样写,我也不会。

参考:http://wuchong.me/blog/2014/08/28/how-to-correctly-write-singleton-pattern/

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