單例模式

回顧一下，單線程下的單例模式代碼

餓漢式

構(gòu)造器私有化 自行創(chuàng)建，并且用靜態(tài)變量保存static 向外提供這個(gè)實(shí)例 public 強(qiáng)調(diào)這是一個(gè)單例，用final

public class sington(){ public final static INSTANCE = new singleton(); private singleton(){}}

第二種：jdk1.5之后用枚舉類型

枚舉類型：表示該類型的對(duì)象是有限的幾個(gè)

我們可以限定為1個(gè)，就稱了單例

public enum Singleto{ INSTANCE}

第三種靜態(tài)代碼塊

public class Singleton{public final static INSTANCE;static{ INSTANCE = new Singleton();}private Singleton(){}}

懶漢式構(gòu)造器私有化

用一個(gè)靜態(tài)變量保存這個(gè)唯一實(shí)例

提供一個(gè)靜態(tài)方法，獲取這個(gè)實(shí)例

public class Singleton{ private static Singleton INSTANCE; private Singleton(){} public static Singleton getInstance(){ if(instance==null){ INSTANCE = new Singleton(); } return INSTANCE; }}

public class SingletonDemo { private static SingletonDemo instance = null; private SingletonDemo () { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 't 我是構(gòu)造方法SingletonDemo'); } public static SingletonDemo getInstance() { if(instance == null) { instance = new SingletonDemo(); } return instance; } public static void main(String[] args) { // 這里的 == 是比較內(nèi)存地址 System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance()); System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance()); System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance()); System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance()); }}

最后輸出結(jié)果：

但是在多線程的環(huán)境下，我們的單例模式是否還是同一個(gè)對(duì)象了

public class SingletonDemo { private static SingletonDemo instance = null; private SingletonDemo () { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 't 我是構(gòu)造方法SingletonDemo'); } public static SingletonDemo getInstance() { if(instance == null) { instance = new SingletonDemo(); } return instance; } public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(() -> {SingletonDemo.getInstance(); }, String.valueOf(i)).start(); } }}

從下面的結(jié)果我們可以看出，我們通過SingletonDemo.getInstance() 獲取到的對(duì)象，并不是同一個(gè)，而是被下面幾個(gè)線程都進(jìn)行了創(chuàng)建，那么在多線程環(huán)境下，單例模式如何保證呢？

解決方法一

引入synchronized關(guān)鍵字

public synchronized static SingletonDemo getInstance() { if(instance == null) { instance = new SingletonDemo(); } return instance;}

輸出結(jié)果：

我們能夠發(fā)現(xiàn)，通過引入Synchronized關(guān)鍵字，能夠解決高并發(fā)環(huán)境下的單例模式問題

但是synchronized屬于重量級(jí)的同步機(jī)制，它只允許一個(gè)線程同時(shí)訪問獲取實(shí)例的方法，但是為了保證數(shù)據(jù)一致性，而減低了并發(fā)性，因此采用的比較少

解決方法二

通過引入DCL Double Check Lock雙端檢鎖機(jī)制

public static SingletonDemo getInstance() { if(instance == null) { // 同步代碼段的時(shí)候，進(jìn)行檢測(cè) synchronized (SingletonDemo.class) {if(instance == null) { instance = new SingletonDemo();} } } return instance; }

最后輸出的結(jié)果為：

從輸出結(jié)果來看，確實(shí)能夠保證單例模式的正確性，但是上面的方法還是存在問題的

DCL（雙端檢鎖）機(jī)制不一定是線程安全的，原因是有指令重排的存在，加入volatile可以禁止指令重排

原因是在某一個(gè)線程執(zhí)行到第一次檢測(cè)的時(shí)候，讀取到 instance 不為null，instance的引用對(duì)象可能沒有完成實(shí)例化。因?yàn)?instance = new SingletonDemo()；可以分為以下三步進(jìn)行完成：

memory = allocate(); // 1、分配對(duì)象內(nèi)存空間 instance(memory); // 2、初始化對(duì)象 instance = memory; // 3、設(shè)置instance指向剛剛分配的內(nèi)存地址，此時(shí)instance != null

但是我們通過上面的三個(gè)步驟，能夠發(fā)現(xiàn)，步驟2 和 步驟3之間不存在 數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，而且無論重排前 還是重排后，程序的執(zhí)行結(jié)果在單線程中并沒有改變，因此這種重排優(yōu)化是允許的。

memory = allocate(); // 1、分配對(duì)象內(nèi)存空間 instance = memory; // 3、設(shè)置instance指向剛剛分配的內(nèi)存地址，此時(shí)instance != null，但是對(duì)象還沒有初始化完成 instance(memory); // 2、初始化對(duì)象

這樣就會(huì)造成什么問題呢？

也就是當(dāng)我們執(zhí)行到重排后的步驟2，試圖獲取instance的時(shí)候，會(huì)得到null，因?yàn)閷?duì)象的初始化還沒有完成，而是在重排后的步驟3才完成，因此執(zhí)行單例模式的代碼時(shí)候，就會(huì)重新在創(chuàng)建一個(gè)instance實(shí)例

指令重排只會(huì)保證串行語義的執(zhí)行一致性（單線程），但并不會(huì)關(guān)系多線程間的語義一致性

所以當(dāng)一條線程訪問instance不為null時(shí)，由于instance實(shí)例未必已初始化完成，這就造成了線程安全的問題

所以需要引入volatile，來保證出現(xiàn)指令重排的問題，從而保證單例模式的線程安全性

private static volatile SingletonDemo instance = null;

最終代碼

public class SingletonDemo { private static volatile SingletonDemo instance = null; private SingletonDemo () { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 't 我是構(gòu)造方法SingletonDemo'); } public static SingletonDemo getInstance() { if(instance == null) { // a 雙重檢查加鎖多線程情況下會(huì)出現(xiàn)某個(gè)線程雖然這里已經(jīng)為空，但是另外一個(gè)線程已經(jīng)執(zhí)行到d處 synchronized (SingletonDemo.class) //b { //c不加volitale關(guān)鍵字的話有可能會(huì)出現(xiàn)尚未完全初始化就獲取到的情況。原因是內(nèi)存模型允許無序?qū)懭雐f(instance == null) { // d 此時(shí)才開始初始化 instance = new SingletonDemo();} } } return instance; } public static void main(String[] args) {// // 這里的 == 是比較內(nèi)存地址// System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());// System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());// System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());// System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance()); for (int i = 0; i < 10; i++) { new Thread(() -> {SingletonDemo.getInstance(); }, String.valueOf(i)).start(); } }}

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