线程安全的单例模式

2021-11-07 23:34:43

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：
  1. public final class EagerSingleton  
  2. {  
  3.     private static EagerSingleton singObj = new EagerSingleton();  
  4.   
  5.     private EagerSingleton(){  
  6.     }  
  7.   
  8.     public static EagerSingleton getSingleInstance(){  
  9.        return singObj；
  10.     }  
  11. }  
    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）。
  1. public final class LazySingleton  
  2. {  
  3.     private static LazySingleton singObj = null;  
  4.   
  5.     private LazySingleton(){  
  6.     }  
  7.   
  8.     public static LazySingleton getSingleInstance(){  
  9.         if(null == singObj ) singObj = new LazySingleton();
  10.           return singObj；
  11.     }  
  12. }  
    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第九行，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。
  1. public final class ThreadSafeSingleton  
  2. {  
  3.     private static ThreadSafeSingleton singObj = null;  
  4.   
  5.     private ThreadSafeSingleton(){  
  6.     }  
  7.   
  8.     public static Synchronized ThreadSafeSingleton getSingleInstance(){  
  9.         if(null == singObj ) singObj = new ThreadSafeSingleton();
  10.             return singObj；
  11.     }  
  12. }  
    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）。
  1. public final class DoubleCheckedSingleton  
  2. {  
  3.     private static DoubleCheckedSingletonsingObj = null;  
  4.   
  5.     private DoubleCheckedSingleton(){  
  6.     }  
  7.   
  8.     public static DoubleCheckedSingleton getSingleInstance(){  
  9.         if(null == singObj ) {
  10.               Synchronized(DoubleCheckedSingleton.class){
  11.                      if(null == singObj)
  12.                            singObj = new DoubleCheckedSingleton();
  13.               }
  14.          }
  15.        return singObj；
  16.     }  
  17. }  
     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，其他线程在第九行就可以判断跳过锁的的代价直接到第15行代码了。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9行，它判断对象为空，于是线程A执行到第12行去初始化这个对象，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也执行到了第九行，它判断不为空，于是直接跳到15行得到了这个对象。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。
  1. public class Singleton    
  2. {    
  3.     private static class SingletonHolder    
  4.     {    
  5.         public final static Singleton instance = new Singleton();    
  6.     }    
  7.    
  8.     public static Singleton getInstance()    
  9.     {    
  10.         return SingletonHolder.instance;    
  11.     }    
  12. }  
 
至此，本文完。提供一些链接For your reference:
 
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