DCL单例模式你不知道的秘密

Posted 2021-05-01 大猫的Java笔记

1.什么是单例模式？

   当new一个对象时，每一次new都是创建一个新的对象，而单例模式就是无论怎么样去获取一个对象，永远都是拿到的同一个对象。

2.传统懒汉单例模式到DCL单例

public class Singleton {
 private static Singleton singleton;
 public static Singleton getSingleton(){ if(singleton == null){ singleton = new Singleton(); } return singleton; }
 public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 10; i++) { Singleton singleton = Singleton.getSingleton(); System.out.println(singleton); } }}

   输出结果

   ps：看似没什么问题，可是如果在多线程环境下会出现什么问题呢？我们用代码看一下多线程环境下他是否还是单例呢？

public class Singleton {
 private static Singleton singleton;

 public static Singleton getSingleton(){ if(singleton == null){ try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } singleton = new Singleton(); } return singleton; }
 public static void main(String[] args) { new Thread(() ->{ Singleton singleton = Singleton.getSingleton(); System.out.println(singleton); },"t1").start();
 new Thread(() ->{ Singleton singleton = Singleton.getSingleton(); System.out.println(singleton); },"t2").start(); }}

   根据输出结果显然此时获取出来的已经不再是单例，原因是什么呢？，当线程1进入getSingleton()方法时，首先判断是否为null，因为第一次肯定是null，而此时如果还没有执行singleton = new Singleton();，同时线程2进来发现不为null，那么此时就会创建两个不同的对象，那么就产生了两个不同的对象？

   然后有人就说了这个很好解决啊，只需要在方法上加一个synchronized就可以保证线程安全了

public class Singleton {
 private static Singleton singleton;
 public static synchronized Singleton getSingleton(){ if(singleton == null){ try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } singleton = new Singleton(); } return singleton; }}

可是其他人就说你这样加是锁了整个方法，效率太低了，于是衍生出了这种加锁的方式。

public class Singleton {
 private static Singleton singleton;  public static Singleton getSingleton(){ if(singleton == null){ synchronized(Singleton.class){ try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } singleton = new Singleton(); } } return singleton; }}

    可是这样就线程安全了吗？不是，如果线程1去获取实例，判断为null，拿到锁此时线程2也进来了，由于线程1还没有创建实例，此时判断也是为null，所以会继续执行，此时线程1即使拿了锁在创建对象，但是线程2已经走过了判断，获取出来的对象也不是单例的；于是DCL单例模式就诞生了，因为 判断了两次 所以称之为double-check-locking简称DCL单例。

public class Singleton {
 private static Singleton singleton;  public static Singleton getSingleton(){ if(singleton == null){ synchronized(Singleton.class){ if(singleton == null){ try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } singleton = new Singleton(); } } } return singleton; }}

    那么问题又来了DCL单例确实没问题吗？确实没问题，但是需要注意的是private static Singleton singleton;这一句，是必须要加volatile，那为什么需要加volatile呢？如果不加会怎么样呢？我们先了解一下volatile的作用，volatile有两个作用

    1.线程可见性，就是如果一个线程操作成员变量以后，计算机的问题并不是马上线程2就知道此时的值已经改变，他需要先告诉计算机的内存，然后线程2再从计算机内存哪儿知道已经改变，加了volatile以后就是直接告诉线程2我己经改变了值，省略中间告诉计算机内存哪一步。

    2.禁止指令重排序，由于计算机的关系，计算机在为了效率考虑时如果认为前一步指令时间可能运行起来时间周期可能太长，会先执行比较快的指令例如赋值操作寄存器等，而后执行相对而言比较慢的指令。

3. 单例为什么必须加volatile

   先看一下，对象在初始化操作时，做了哪些操作呢？我们使用javap -c xxx.class来查看一个对象初始化时做了哪些汇编指令的操作。

public class MyObject { private static int a = 8;
 public MyObject() { }

 public static void main(String[] args) { MyObject myObject = new MyObject(); }
}

  1: new这个指令是在创建对象时在堆内存开辟一个空间，同时给成员变量赋初始值上面为int类型那么就是0

  2: dup复制这个对象

  3: invokespecial执行构造方法，并赋值给成员变量，也就是这个时候才把8给a变量

   

  如果invokespecial 和astore_1发生指令重排序那么也就是先建立关联，然后再执行构造方法且赋值给成员变量，也就是说在DCL单例下，如果发生指令重排序，当第一个线程进来后判断为null然后调用new Singleton的时候此时的成员变量拿到的是个半初始状态的对象，刚好此时线程2进来因为已经建立了关联只是半初始状态，所以对象是有引用的，那么判断就不为null，然后直接去使用此单例，而此时使用就是一个半初始状态的单例所以会出现不可预估的问题，这就是为什么DCL单例要加volatile的原因。