浅议单例模式之线程安全

[摘要] 单例模式是一种常见的设计模式，在Java应用中，单例对象能保证在一个JVM中，该对象只有一个实例存在。正是因为这个特色，单例对象一般做为程序中的存放配置信息的载体，由于它能保证其余对象读到一致的信息。这种方式只需访问该单例对象便可达到统一可是在多线程环境下，可是随着应用场景的不一样，也可能带来一些同步问题。　　

    本文将探讨一下在多线程环境下，使用单例对象时可能会带来的同步问题，并给出可选的解决办法。

[关键字] Java 设计模式  单例  线程 同步  双重检查锁

[概念]

单例模式分类：懒汉式单例、饿汉式单例两种。
单例模式特色：
　　1、单例类只能有一个实例
　　2、单例类必须本身本身建立本身的惟一实例
　　3、单例类必须给全部其余对象提供这一实例

单例模式确保某个类只有一个实例，并且自行实例化并向整个系统提供这个实例

[问题描述]

     面试的时候，你们也许会被问到这样一个问题：请您写出一个单例模式（Singleton Pattern） ，固然都感受比较简单，代码以下：

/**

 * 演示单例模式之饥饿模式

 * @author Administrator

 *

 */

public class EagerSingleton

 {

   private static EagerSingleton  instance=new EagerSingleton();

     

    private EagerSingleton()

    {      

    }

    public   static  EagerSingleton  getSingleInstance()

    {      

        return instance;

    }

}

   这种写法就是所谓的饥饿模式，每一个对象在没有使用以前就已经初始化了。这就可能带来潜在的性能问题：若是这个对象很大呢？没有使用这个对象以前，就把它加载到了内存中去是一种巨大的浪费。针对这种状况，咱们能够对以上的代码进行改进，使用一种新的设计思想——延迟加载（Lazy-load Singleton）。

/**

 * 演示单例模式之懒汉模式

 * @author Administrator

 *

 */

public class LazySingleton {

 

    private static LazySingleton  instance;   

    private LazySingleton()

    {

       

    }

   

    public   static  LazySingleton  getSingleInstance()

    {

        if (instance == null)

        {

                    instance = new LazySingleton();

        }     

        return instance;

    }  

}

     这种写法就是所谓的懒汉模式。它使用了延迟加载来保证对象在没有使用以前，是不会进行初始化的。可是，一般这个时候面试官又会提问新的问题来刁难一下。他会问：这种写法线程安全吗？回答必然是：不安全。

测试结果：

    这是由于在多个线程可能同时运行到判断instance 为null，因而同时进行了初始化。因此，这是面临的问题是如何使得这个代码线程安全？很简单，在那个方法前面加一个Synchronized就OK了。

/**

 * 演示单例模式之线程安全

 * @author Administrator

 *

 */

public class ThreadSafeSingleton

 {

    private static ThreadSafeSingleton  instance;    

   

  private ThreadSafeSingleton()

    {      

    }  

  public static synchronized ThreadSafeSingleton  getSingleInstance()

    {

        if (instance == null)

        {

                    instance = new ThreadSafeSingleton();

         }    

        return instance;

    }  

}

 

     写到这里，面试官可能仍然会狡猾的看了你一眼，继续刁难到：这个写法有没有什么性能问题呢？答案确定是有的！同步的代价必然会必定程度的使程序的并发度下降。那么有没有什么方法，一方面是线程安全的，有能够有很高的并发度呢？咱们观察到，线程不安全的缘由实际上是在初始化对象的时候，因此，能够想办法把同步的粒度下降，只在初始化对象的时候进行同步。

[解决方案]

这里有必要提出一种新的设计思想——双重检查锁（Double-Checked Lock）。

/**

 * 演示单例模式之双重锁定

 * @author Administrator

 *

 */

public class DoubleCheckedSingleton {

 

    private static DoubleCheckedSingleton  instance;    

    private DoubleCheckedSingleton()

    {

 

    }

public static synchronized DoubleCheckedSingleton getSingleInstance()

    {

        //性能改进——双重锁定： Double-Check Locking

        if(instance==null)   //  1. 先判断

        {

            synchronized (DoubleCheckedSingleton.class) // 2. 再同步

            {

                if (instance == null)  //3. 再判断

                {

                    instance = new DoubleCheckedSingleton(); //4. 实例化

                }

            }

        }  

        return instance;

    }  

}

     这种写法使得只有在加载新的对象进行同步，在加载完了以后，其余线程就能够判断当前实例对象是否为空，如非空，并跳过锁的的代价直接返回当前单例对象了。作到很好的并发度。

     至此，上面的写法一方面实现了Lazy-Load，另外一个方面也作到了并发度很好的线程安全，一切看上很完美。

     这是，面试官可能会对你的回答满意的点点头

     可是，当你此时提出说，其实这种写法仍是有问题的！面试官也许会对你另眼相看！！

     问题在哪里？假设线程A执行到调用上述getSingleInstance()方法，它判断对象为空，因而线程A执行下面初始化这个对象，但初始化是须要耗费时间的，可是这个对象的地址其实已经存在了。此时若是线程B也执行调用上述getSingleInstance()方法，它判断不为空，因而直接跳到最后，返回获得了这个对象。可是，这个对象还没有被完整的初始化！获得一个没有完全初始化彻底的对象有什么用！！

关于这个Double-Checked Lock的讨论有不少，目前公认这是一个Anti-Pattern(即：反面模式)，不推荐使用！因此当这个面试官听到你的这番答复，他会不会被Hold不住呢？

 

那么有没有什么更好的写法呢？

有！这里又要提出一种新的模式——Initialization on Demand  Holder. 这种方法使用内部类来作到延迟加载对象，在初始化这个内部类的时候，JLS(Java Language Sepcification)会保证这个类的线程安全。这种写法最大的巧妙在于，彻底使用了Java虚拟机的机制进行同步保证，没有一个同步的关键字。

/**

 * 演示单例模式之完美实现

 * @author Administrator

 *

 */

public class Singleton   

{   

   private static class SingletonHolder   

   {   

        public final static Singleton instance = new Singleton();   

   }   

  

   public static Singleton getInstance()   

   {   

        return SingletonHolder.instance;   

   }   

} 

测试结果：

单个线程

 

多线程

 

至此，单例模式以及线程安全，咱们作了一个系统的比较，但愿对你有所帮助！