线程安全的单例模式

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-03-08 11:22 377阅读 0赞

**为什么要用单例模式？**

优秀的设计结构可以规避很多潜在的性能问题，对系统性能的影响可能远远大于代码的优化，所以我们需要知道一些设计模式和方法。

### 单例模式： ###

**单例模式**是一种对象创建模式，用于生产一个对象的实例，它可以确保系统中一个类只产生一个实例，这样做有两个好处：

1.对于频繁使用的对象，可以省略创建对象所花费的时间，这对于那些重量级对象而言，是非常可观的一笔系统开销。

2.由于**new**操作的次数减少，所以系统内存的使用评率也会降低，这将减少**GC**压力，缩短**GC**停顿时间。

由于以上两点可知**单例模式**的使用对于系统的关键组件和频繁使用的对象来说是可以有效的改善系统的性能的。

单例的核心是通过一个方法返回唯一的一个对象实例，首先单例类必须有一个**private**访问级别的构造函数，因为，只有这样，才能保证单例不会再系统中的其他代码内被实例化，其次，**instance**成员变量和**getInstance**方法必须是**static**的。

### 饿汉模式： ###

面试的时候，常常会被问到这样一个问题：请您写出一个单例模式（Singleton Pattern）吧。好吧，写就写，这还不容易。顺手写一个：

public final class EagerSingleton {
            
            private static EagerSingleton singObj = new EagerSingleton();
    
            private EagerSingleton() {
            }
    
            public static EagerSingleton getSingleInstance() {
                return singObj;
            }
        }

这种写法就是所谓的**饥饿模式**，每个对象在没有使用之前就已经初始化了。这就可能带来潜在的性能问题：如果这个对象很大呢？没有使用这个对象之前，就把它加载到了内存中去是一种巨大的浪费。

针对这种情况，我们可以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）**。

### 懒汉模式： ###

public final class LazySingleton {
    
            private static LazySingleton singObj = null;
    
            private LazySingleton() {
            }
    
            public static LazySingleton getSingleInstance() {
                if (null == singObj ) {
                    singObj = new LazySingleton();
                }
                return singObj;
            }
        }

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之前，是不会进行初始化的。但是，通常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。

这是因为在多个线程可能同时运行到“if (null == singObj )”，判断singObj为null，于是同时进行了初始化。所以，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。

public final class ThreadSafeSingleton {
            
            private static ThreadSafeSingleton singObj = null;
    
            private ThreadSafeSingleton() {
            }
    
            public static Synchronized ThreadSafeSingleton getSingleInstance() {
                if (null == singObj ) {
                    singObj = new ThreadSafeSingleton();
                }
                return singObj;
            }
        }

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？答案肯定是有的！***同步的代价必然会一定程度的使程序的并发度降低***。

那么有没有什么方法，一方面是线程安全的，有可以有很高的并发度呢？我们观察到，线程不安全的原因其实是在初始化对象的时候，所以，可以想办法把同步的粒度降低，只在初始化对象的时候进行同步。这里有必要提出一种新的设计思想——**双重检查锁（Double-Checked Lock）**。

public final class DoubleCheckedSingleton {
    
            private static DoubleCheckedSingletonsingObj = null;
    
            private DoubleCheckedSingleton() {
            }
    
            public static DoubleCheckedSingleton getSingleInstance() {
                if (null == singObj ) {
                    Synchronized(DoubleCheckedSingleton.class) {
                        if (null == singObj) {
                            singObj = new DoubleCheckedSingleton();
                        }
                    }
                }
                return singObj;
            }
        }

这种写法使得只有在加载新的对象进行同步，在加载完了之后，其他线程在第一个“if (null == singObj )”就可以判断跳过锁的的代价直接到“return singObj”了。做到很好的并发度。

至此，上面的写法一方面实现了**Lazy-Load**，另一个方面也做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。但是，你此时提出说，其实这种写法还是有问题的！！问题在哪里？假设线程A执行到了第一个“if (null == singObj )”，它判断对象为空，于是线程A执行到“singObj = new DoubleCheckedSingleton()”去初始化这个对象，但初始化是需要耗费时间的，但是这个对象的地址其实已经存在了。此时线程B也执行到了第一个“if (null == singObj )”，它判断不为空，于是直接跳到“return singObj”得到了这个对象。但是，这个对象还*没有被完整的初始化！*得到一个没有初始化完全的对象有什么用！！关于这个**Double-Checked Lock**的讨论有很多，目前公认这是一个**Anti-Pattern**，不推荐使用！所以当你的面试官听到你的这番答复，他会不会被Hold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做到延迟加载对象，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。这种写法最大的美在于，完全使用了**Java**虚拟机的机制进行同步保证，没有一个同步的关键字。

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

### getInstance的原理及特点： ###

*   在主函数开始时调用，返回一个实例化对象，此对象是**static**的，在内存中保留着它的引用，即内存中有一块区域专门用来存放静态方法和变量。
 *  可以直接使用，调用多次返回同一个对象。

> 本文转载自：[http://blog.sina.com.cn/s/blog\_75247c770100yxpb.html][http_blog.sina.com.cn_s_blog_75247c770100yxpb.html]

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