Java线程和多线程——单例类中的线程安全

Posted 2022-04-15 EthanPark

单例模式是最广泛使用的创建模式之一。在现实世界之中，诸如Databae的连接或者是企业信息系统（EIS）等，通常其创建都是受到限制的，应该尽量复用已存在对象而不是频繁创建销毁。为了达到这个目的，开发者通常会通过实现单例模式来创建一个wrapper类，来封装资源，限制其运行时所创建对象的个数。

单例中的线程安全

总的来说，开发者一般会按照如下的方式来创建单例的类：

1. 使用私有构造函数来避免其它外部引用通过new的方式来创建新的对象引用。
2. 声明一个该类的私有静态变量为实例。
3. 提供一个公有的静态方法来返回单例的实例。如果实例还没有初始化的话，就将其初始化后再返回实例。

通过上面的步骤，我写了一个如下的单例类：

package com.sapphire.designpatterns;

public class ASingleton 

    private static ASingleton instance = null;

    private ASingleton() 
    

    public static ASingleton getInstance() 
        if (instance == null) 
            instance = new ASingleton();
        
        return instance;
    

在上面的代码中，getInstance()方法不是线程安全的。多线程可以在同一时间访问这个方法，而在最开始的少数线程中，实例没有初始化的时候，多线程可以进入到if代码块来创建多个实例，就破坏了单例模式。

通常来说，有三种方式来让我们保证单例模式的线程安全。

在class加载的时候就创建实例变量

这种实现方式有如下优点：

• 不需要同步即可实现线程安全
• 容易实现

但是也有一些缺点：

• 过早的创建了资源，但是应用可能并不会使用这个资源，造成了资源浪费
• 调用方式无法传入任何参数的，所以我们无法复用这个类。举例来说，如果我们希望有一个单例类能够处理所有的数据库连接信息，并希望能够传入一些数据库信息的话，我们就无法复用这个单例类了。

同步getInstance()方法

这种方法有如下优点：

• 保证了线程安全
• 调用方可以传入任何参数
• 可以保证延迟初始化

当然这种方法也有一些缺点：

• 因为使用了同步方法，会锁定资源，令所有客户端的请求会优先请求锁，从而降低了性能
• 包含了很多非必要的同步，因为一旦实例创建完成，同步就只是浪费了性能而没有任何作用了

在if代码块中使用同步代码块

优点：

• 保证了线程的安全
• 调用方可以传递参数
• 保证了延迟初始化
• 最小化了同步负载，仅仅在最开始的几个线程请求的时候进行同步操作

淡然也有一定的缺点

• 需要额外的if条件判断

从三种方法来判断，第三种方式应该是最佳的方式来实现同步了，代码大体如下：

package com.sapphire.designpatterns;

public class ASingleton

    private static ASingleton instance= null;
    private static Object mutex= new Object();
    private ASingleton()
    

    public static ASingleton getInstance()
        if(instance==null)
            synchronized (mutex)
                if(instance==null) instance= new ASingleton();
            
        
        return instance;
    

注意，String对象非常不适合来作为同步的锁，因为String可能是复用的对象，锁定String很容易产生死锁切很难发现，所以这里使用的是Object对象来作为同步锁。