Java 多线程—— 单例模式

Posted 2021-01-17 chen_hao

这篇博客介绍线程安全的应用——单例模式。

单例模式

  单例模式，是一种常用的软件设计模式。在它的核心结构中只包含一个被称为单例的特殊类。通过单例模式可以保证系统中，应用该模式的类一个类只有一个实例。即一个类只有一个对象实例。

双重校验锁

实例:

/**
 * @author: ChenHao
 * 关于懒汉式的线程安全问题，使用同步机制
 * 对于一般的方法内，使用同步方法块，可以考虑使用this
 * 对于静态方法而言，使用当前类充当锁。
 */
public class TestSingleton {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(MySingle.getInstance());
        System.out.println(MySingle.getInstance());
    }
}

class MySingle{
    //声明一个私有的静态变量，第一次调用才初始化，避免内存浪费。
    private volatile static  MySingle instance=null;
    //让构造器为private私有化，避免外部直接创建对象
    private MySingle(){}
    public  static MySingle getInstance(){
        if(null ==instance){//提高效率：如果已经存在对象，则不进行锁等待，直接返回对象，只有当对象为空才会进入锁等待,这里可以在第一个进入锁创建对象后，sleep10秒来放大效果
            //这里有五个线程等待
            synchronized(MySingle.class){
                //第一次：当一个线程进来后，其他线程都在锁外面
                //第一个线程创建对象后，释放锁，其他线程得到锁后，如果instance不为null，则不需要创建
                if(null ==instance){
                    instance =new MySingle();
                    try {
                        Thread.currentThread().sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

代码分析：多个线程同时创建MySingle类的实例，比如现在有6个线程，第一次同时调用getInstance()静态方法，

　　线程A获取了锁，其他5个线程都在synchronized(MySingle.class)外面等待，第一个线程创建对象后，释放锁，其他线程得到锁后，如果instance不为null，则不需要创建；

　　第一个if(null ==instance)作用是提高效率：如果已经存在对象，则不进行锁等待，直接返回对象，只有当对象为空才会进入锁等待,这里可以在第一个进入锁创建对象后，sleep10秒来放大效果，此时已经创建了instance ，但是还没有释放锁，所以新来的线程不需要再等待锁，直接使用已经创建好的instance；

　　第二个if(null ==instance)判断instance是否已经存在，如果第一个线程已经创建instance，并释放锁，接下来的线程进入后则不需要再创建；

运行结果：输出相同的对象实例

饿汉

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

CAS（AtomicReference）实现单例模式

public class Singleton {
    private static final AtomicReference<Singleton> INSTANCE = new AtomicReference<Singleton>(); 

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        for (;;) {
            Singleton singleton = INSTANCE.get();
            if (null != singleton) {
                return singleton;
            }

            singleton = new Singleton();
            if (INSTANCE.compareAndSet(null, singleton)) {
                return singleton;
            }
        }
    }
}

用CAS的好处在于不需要使用传统的锁机制来保证线程安全，CAS是一种基于忙等待的算法，依赖底层硬件的实现,相对于锁它没有线程切换和阻塞的额外消耗，可以支持较大的并行度。

CAS的一个重要缺点在于如果忙等待一直执行不成功(一直在死循环中),会对CPU造成较大的执行开销。而且，这种写法如果有多个线程同时执行singleton = new Singleton();也会比较浪费堆内存。