设计模式：单例模式与线程安全

模式说明

单例模式，顾名思义，JVM全局下某Class只有一个实例对象。

使用场景

一个全局使用的类避免频繁地创建与销毁，节省系统资源。

理解重点

  1. 构造函数私有
  2. 统一访问入口，public staic 修饰
  3. 实例创建过则返回，没有则创建
  4. 线程安全：synchronized、volatile、双重检查；基于类初始化

线程不安全

public class SingleMan {
    /**
     * 私有构造函数
     */
    private SingleMan() {
    }

    /**
     * 实例化单例对象
     */
    private static SingleMan singleMan;

    /**
     * public static 修饰
     *
     * @return
     */
    public static SingleMan getInstance() {
        if (singleMan == null) {
            singleMan = new SingleMan();
        }
        return singleMan;
    }
}

多线程执行getInstance()时，可能会造成两种情况：

  1. 实例在进程下可能有多份（虽然对外还是一个）
  2. 一个线程可能拿到一个未经初始化完的单例对象

线程安全

版本1 - synchronized

对于以上线程不安全版本，可以对getInstance()加synchronized修饰

这里代码不写了，虽然保证了线程安全，但每次获取单例时性能差。

版本2 - 双重检查

public class SingleMan {
    /**
     * 私有构造函数
     */
    private SingleMan() {
    }

    /**
     * volatile 修饰
     * 多线程赋值时，要求有序性、可见性
     */
    private static volatile SingleMan singleMan;

    /**
     * public static 修饰
     *
     * @return
     */
    public static SingleMan getInstance() {
        if (singleMan == null) {
            // 加锁
            synchronized (SingleMan.class) {
                // 双重检查，可能执行到这时，被上一个线程赋值过了
                if (singleMan == null) {
                    singleMan = new SingleMan();
                }
            }
        }
        return singleMan;
    }


    public static void main(String[] args) {
        new Thread(() -> {
            System.out.println(SingleMan.getInstance());
        }).start();

        new Thread(() -> {
            System.out.println(SingleMan.getInstance());
        }).start();
    }
}
  1. synchronized 从修饰方法放到方法内修饰代码块，不为null直接返回，提高性能。
  2. 多线程下的双重检查。
  3. volatile 修饰，保证有序性（使得线程拿到初始化完整的单例对象）和可见性。

版本3 - 类初始化

基于Java 对类的初始化的唯一性，同时满足延迟初始化，比较巧妙。

public class SingleMan {
    /**
     * 私有构造函数
     */
    private SingleMan() {
    }

    /**
     * private static 修饰
     * JVM 保证类的初始化的线程安全
     */
    private static class InstanceHolder {
        public static SingleMan instance = new SingleMan();
    }

    public static SingleMan getInstance() {
        // 这里才是 InstanceHolder 类的初始化
        return InstanceHolder.instance;
    }
}

参考

  • 《Java并发编程的艺术》