單例模式

回顧一下，單線程下的單例模式代碼

餓漢式

構造器私有化 自行創建，并且用靜態變量保存static 向外提供這個實例 public 強調這是一個單例，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：表示該類型的對象是有限的幾個

我們可以限定為1個，就稱了單例

public enum Singleto{ INSTANCE}

第三種靜態代碼塊

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

懶漢式構造器私有化

用一個靜態變量保存這個唯一實例

提供一個靜態方法，獲取這個實例

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()); }}

最后輸出結果：

但是在多線程的環境下，我們的單例模式是否還是同一個對象了

public class SingletonDemo { private static SingletonDemo instance = null; private SingletonDemo () { System.out.println(Thread.currentThread().getName() + 't 我是構造方法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(); } }}

從下面的結果我們可以看出，我們通過SingletonDemo.getInstance() 獲取到的對象，并不是同一個，而是被下面幾個線程都進行了創建，那么在多線程環境下，單例模式如何保證呢？

解決方法一

引入synchronized關鍵字

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

輸出結果：

我們能夠發現，通過引入Synchronized關鍵字，能夠解決高并發環境下的單例模式問題

但是synchronized屬于重量級的同步機制，它只允許一個線程同時訪問獲取實例的方法，但是為了保證數據一致性，而減低了并發性，因此采用的比較少

解決方法二

通過引入DCL Double Check Lock雙端檢鎖機制

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

最后輸出的結果為：

從輸出結果來看，確實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

原因是在某一個線程執行到第一次檢測的時候，讀取到 instance 不為null，instance的引用對象可能沒有完成實例化。因為 instance = new SingletonDemo()；可以分為以下三步進行完成：

memory = allocate(); // 1、分配對象內存空間 instance(memory); // 2、初始化對象 instance = memory; // 3、設置instance指向剛剛分配的內存地址，此時instance != null

但是我們通過上面的三個步驟，能夠發現，步驟2 和 步驟3之間不存在 數據依賴關系，而且無論重排前 還是重排后，程序的執行結果在單線程中并沒有改變，因此這種重排優化是允許的。

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

這樣就會造成什么問題呢？

也就是當我們執行到重排后的步驟2，試圖獲取instance的時候，會得到null，因為對象的初始化還沒有完成，而是在重排后的步驟3才完成，因此執行單例模式的代碼時候，就會重新在創建一個instance實例

指令重排只會保證串行語義的執行一致性（單線程），但并不會關系多線程間的語義一致性

所以當一條線程訪問instance不為null時，由于instance實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出現某個線程雖然這里已經為空，但是另外一個線程已經執行到d處 synchronized (SingletonDemo.class) //b { //c不加volitale關鍵字的話有可能會出現尚未完全初始化就獲取到的情況。原因是內存模型允許無序寫入if(instance == null) { // d 此時才開始初始化 instance = new SingletonDemo();} } } return instance; } public static void main(String[] args) {// // 這里的 == 是比較內存地址// 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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