Core Java Tutorial -- Thread Safety in Singleton Class

小鱼儿 2022-05-28 07:20 140阅读 0赞

[单例][Link 1] 是应用程序限制对象创建的最广泛使用的[设计模式][Link 2]之一。在现实实际的应用程序中，像数据库连接或企业信息系统（EIS）这样的资源是有限的，应该明智的使用以避免资源紧缺。为了实现这一点，我们可以实现 Singleton 设计模式来创建一个围绕资源的包装类，并将运行时创建的对象数量限制为1。

# Thread Safe Singleton in Java #

通常来说，我们按照以下步骤创建一个单例类：  
1. 重写私有构造函数以避免使用 new 操作符创建任何新的对象。  
2. 声明同一个类的私有静态实例。  
3. 提供一个公共静态方法，该方法将返回单例类实例变量。如果该变量未初始化，则初始化该变量或仅返回实例变量。

使用上面的步骤，我创建了一个单例类，如下所示：

`ASingleton.java`

package Thread;
    
    public class ASingleton {
        private static ASingleton instance = null;
    
        private ASingleton() {
        }
    
        public static ASingleton getInstance() {
            if (instance == null) {
                instance = new ASingleton();
            }
            return instance;
        }
    }

在上面代码中，getInstance() 方法不是线程安全的。多个贤臣可以同时访问它，对于前几个线程，当实例变量未初始化时，多个线程可以进入 if 循环创建多个实例并破坏我们的单例实现。

有三种方法可以实现线程安全。

**1. 在类加载时创建实例变量**

*  优点：  
    线程安全无须同步  
    易于实施
 *  缺点：  
    尽早创建可能不会在应用程序中使用的资源。  
    客户端应用程序不能传递任何参数，所以我们不能重用它。例如，为客户端应用程序提供数据库服务器属性的数据库连接具有通用的单例类。

\*\*2. 同步 getInstance() 方法：

*  优点：  
    
    
     *  保证线程安全
     *  客户端应用可以传递参数
     *  延迟初始化完成
 *  缺点：
    
     *  由于锁定开销而导致性能下降。
     *  实例变量初始化后不需要不必要的同步。
    
    **3. 在 if 循环中和 volatile 变量中使用 synchronized 块**
 *  优点：  
    
    
     *  保证线程安全
     *  客户端应用可以传递参数
     *  延迟初始化完成
     *  同步开销最小，只适用于变量为空时的前几个线程。
 *  缺点：  
    
    
     *  额外的 if 控制

看看实现线程安全的所有三种方法，我认为第三种方法是最好的选择，在这种情况下，修改的类将如下所示：

package Thread;
    
    public class ASingleton { 
        private static volatile ASingleton instance;
        private static Object mutex = new Object();
    
        private ASingleton() {
        }
    
        public static ASingleton getInstance() {
            ASingleton result = instance;
            if (result == null) {
                synchronized (mutex) {
                    result = instance;
                    if (result == null) {
                        instance = result = new ASingleton();
                    }
                }
            }
            return result;
        }
    }

局部变量 result 似乎并不必要。但它有助于提高我们的代码的性能。在实例已被初始化（大部分时间）的情况下，volatile 字段只能被访问一次（由于“return result”，而不是”return instance”）。这可以将方法的整体性能提高 25%。

[Link 1]: https://www.journaldev.com/1377/java-singleton-design-pattern-best-practices-examples
[Link 2]: https://www.journaldev.com/1827/java-design-patterns-example-tutorial