单例模式怎么写( 三 )


123456public static synchronized Singleton getInstance () {if (instance == null ) {instance = new Singleton();}return instance;}虽然做到了线程安全,并且解决了多实例的问题,但是它并不高效 。因为在任何时候只能有一个线程调用 getInstance() 方法 。
但是同步操作只需要在第一次调用时才被需要,即第一次创建单例实例对象时 。这就引出了双重检验锁 。
双重检验锁双重检验锁模式(double checked locking pattern),是一种使用同步块加锁的方法 。程序员称其为双重检查锁,因为会有两次检查 instance == null,一次是在同步块外,一次是在同步块内 。
为什么在同步块内还要再检验一次?因为可能会有多个线程一起进入同步块外的 if,如果在同步块内不进行二次检验的话就会生成多个实例了 。12345678910public static Singleton getSingleton () {if (instance == null ) { //Single Checkedsynchronized (Singleton.class) {if (instance == null ) { //Double Checkedinstance = new Singleton();}}}return instance ;}这段代码看起来很完美,很可惜,它是有问题 。
主要在于 instance = new Singleton() 这句,这并非是一个原子操作,事实上在 JVM 中这句话大概做了下面 3 件事情 。给 instance 分配内存调用 Singleton 的构造函数来初始化成员变量将instance对象指向分配的内存空间(执行完这步 instance 就为非 null 了)但是在 JVM 的即时编译器中存在指令重排序的优化 。
也就是说上面的第二步和第三步的顺序是不能保证的,最终的执行顺序可能是 1-2-3 也可能是 1-3-2 。如果是后者,则在 3 执行完毕、2 未执行之前,被线程二抢占了,这时 instance 已经是非 null 了(但却没有初始化),所以线程二会直接返回 instance,然后使用,然后顺理成章地报错 。
我们只需要将 instance 变量声明成 volatile 就可以了 。12345678910111213141516public class Singleton {private volatile static Singleton instance; //声明成 volatileprivate Singleton (){}public static Singleton getSingleton () {if (instance == null ) {synchronized (Singleton.class) {if (instance == null ) {instance = new Singleton();}}}return instance;}}有些人认为使用 volatile 的原因是可见性,也就是可以保证线程在本地不会存有 instance 的副本,每次都是去主内存中读取 。
但其实是不对的 。使用 volatile 的主要原因是其另一个特性:禁止指令重排序优化 。
也就是说,在 volatile 变量的赋值操作后面会有一个内存屏障(生成的汇编代码上),读操作不会被重排序到内存屏障之前 。比如上面的例子,取操作必须在执行完 1-2-3 之后或者 1-3-2 之后,不存在执行到 1-3 然后取到值的情况 。
从「先行发生原则」的角度理解的话,就是对于一个 volatile 变量的写操作都先行发生于后面对这个变量的读操作(这里的“后面”是时间上的先后顺序) 。但是特别注意在 Java 5 以前的版本使用了 volatile 的双检锁还是有问题的 。
其原因是 Java 5 以前的 JMM (Java 内存模型)是存在缺陷的,即时将变量声明成 volatile 也不能完全避免重排序,主要是 volatile 变量前后的代码仍然存在重排序问题 。这个 volatile 屏蔽重排序的问题在 Java 5 中才得以修复,所以在这之后才可以放心使用 volatile 。
相信你不会喜欢这种复杂又隐含问题的方式,当然我们有更好的实现线程安全的单例模式的办法 。饿汉式 static final field这种方法非常简单,因为单例的实例被声明成 static 和 final 变量了,在第一次加载类到内存中时就会初始化,所以创建实例本身是线程安全的 。
12345678910public class Singleton {//类加载时就初始化private static final Singleton instance = new Singleton();private Singleton (){}public static Singleton getInstance (){return instance;}}这种写法如果完美的话,就没必要在啰嗦那么多双检锁的问题了 。缺点是它不是一种懒加载模式(lazy initialization),单例会在加载类后一开始就被初始化,即使客户端没有调用 getInstance()方法 。