java線程安全的單例模式

騰飛工作室 2014-02-15

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面試的時候，常常會被問到這樣一個問題：請您寫出一個單例模式（Singleton Pattern）吧。好吧，寫就寫，這還不容易。順手寫一個：

public final class EagerSingleton
{
private static EagerSingleton singObj = new EagerSingleton();
private EagerSingleton(){
}
public static EagerSingleton getSingleInstance(){
return singObj；
}
}

這種寫法就是所謂的饑餓模式，每個對象在沒有使用之前就已經(jīng)初始化了。這就可能帶來潛在的性能問題：如果這個對象很大呢？沒有使用這個對象之前，就把它加載到了內(nèi)存中去是一種巨大的浪費。針對這種情況，我們可以對以上的代碼進行改進，使用一種新的設(shè)計思想——延遲加載（Lazy-load Singleton）。

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public final class LazySingleton
{
private static LazySingleton singObj = null;
private LazySingleton(){
}
public static LazySingleton getSingleInstance(){
if(null == singObj ) singObj = new LazySingleton();
return singObj；
}
}

這種寫法就是所謂的懶漢模式。它使用了延遲加載來保證對象在沒有使用之前，是不會進行初始化的。但是，通常這個時候面試官又會提問新的問題來刁難一下。他會問：這種寫法線程安全嗎？回答必然是：不安全。這是因為在多個線程可能同時運行到第九行，判斷singObj為null，于是同時進行了初始化。所以，這是面臨的問題是如何使得這個代碼線程安全？很簡單，在那個方法前面加一個Synchronized就OK了。

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public final class ThreadSafeSingleton
{
private static ThreadSafeSingleton singObj = null;
private ThreadSafeSingleton(){
}
public static Synchronized ThreadSafeSingleton getSingleInstance(){
if(null == singObj ) singObj = new ThreadSafeSingleton();
return singObj；
}
}

寫到這里，面試官可能仍然會狡猾的看了你一眼，繼續(xù)刁難到：這個寫法有沒有什么性能問題呢？答案肯定是有的！同步的代價必然會一定程度的使程序的并發(fā)度降低。那么有沒有什么方法，一方面是線程安全的，有可以有很高的并發(fā)度呢？我們觀察到，線程不安全的原因其實是在初始化對象的時候，所以，可以想辦法把同步的粒度降低，只在初始化對象的時候進行同步。這里有必要提出一種新的設(shè)計思想——雙重檢查鎖（Double-Checked Lock）。

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public final class DoubleCheckedSingleton
{
private static DoubleCheckedSingletonsingObj = null;
private DoubleCheckedSingleton(){
}
public static DoubleCheckedSingleton getSingleInstance(){
if(null == singObj ) {
Synchronized(DoubleCheckedSingleton.class){
if(null == singObj)
singObj = new DoubleCheckedSingleton();
}
}
return singObj；
}
}

這種寫法使得只有在加載新的對象進行同步，在加載完了之后，其他線程在第九行就可以判斷跳過鎖的的代價直接到第15行代碼了。做到很好的并發(fā)度。

至此，上面的寫法一方面實現(xiàn)了Lazy-Load，另一個方面也做到了并發(fā)度很好的線程安全，一切看上很完美。這是，面試官可能會對你的回答滿意的點點頭。但是，你此時提出說，其實這種寫法還是有問題的！！問題在哪里？假設(shè)線程A執(zhí)行到了第9行，它判斷對象為空，于是線程A執(zhí)行到第12行去初始化這個對象，但初始化是需要耗費時間的，但是這個對象的地址其實已經(jīng)存在了。此時線程B也執(zhí)行到了第九行，它判斷不為空，于是直接跳到15行得到了這個對象。但是，這個對象還沒有被完整的初始化！得到一個沒有初始化完全的對象有什么用！！關(guān)于這個Double-Checked Lock的討論有很多，目前公認這是一個Anti-Pattern，不推薦使用！所以當(dāng)你的面試官聽到你的這番答復(fù)，他會不會被Hold住呢？

那么有沒有什么更好的寫法呢？有！這里又要提出一種新的模式——Initialization on Demand Holder. 這種方法使用內(nèi)部類來做到延遲加載對象，在初始化這個內(nèi)部類的時候，JLS(Java Language Sepcification)會保證這個類的線程安全。這種寫法最大的美在于，完全使用了Java虛擬機的機制進行同步保證，沒有一個同步的關(guān)鍵字。

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