单例模式中的线程安全（延迟加载）

Posted 2020-07-10

    设计模式中常用的单例模式，在jvm中可以保证该对象只有一个实例存在。这样对于一些特别大的对象，可以很好的节省资源。由于省去了new，所以节省了gc消耗。同时，对于一些核心系统逻辑，可以能要一个对象实例来控制会省去很多麻烦。

     单例模式，如果不考虑多线程，则可以如下创建

public class Singleton {
	/* 持有私有静态实例，防止被引用，此处赋值为null，目的是实现延迟加载 */
	private static Singleton instance = null;
	/* 私有构造方法，防止被实例化 */
	private Singleton() {
	}
	/* 静态工程方法，创建实例 */
	public static Singleton getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}
	/* 如果该对象被用于序列化，可以保证对象在序列化前后保持一致 */
	public Object readResolve() {
		return instance;
	}
}

     上面提到延迟加载，所谓延迟加载，就是指当实际用到该对象时才加载对应类，否则只是声明，并未实际花费资源去初始化对象。

      最好的理解方式，将上面代码中如下语句，此时为非延迟加载，加载该单例类时，也会初始化该静态类的静态成员变量，并调用new来创建实例。而采用延迟加载，则需要当调用getInstance()方法 时，才会通过new初始化实例。

private static Singleton instance ＝ new Singleton();

      以上是单例模式中延迟加载的解释，但是上面的示例是不考虑多线程下的单例模式。如果多线程下进行延迟加载，上述单利模式是否有问题？ 答案是有。

      如果多个线程同时调用getInstance，则可能会调用多次new，会产生问题。如何避免呢？我们很容易想到使用锁、synchronized等方法。

      synchronized：

     如下，该方法可以保证类每次调用getInstance时，都只有一个线程在使用。但是问题也来了，每次调用都会锁住这个对象，因为synchronized用在方法上时，锁住的是整个类对象（ps：如果一个对象有多个synchronized方法，某一时刻某个线程已经进入到了某个synchronized方法，那么在该方法没有执行完毕前，其他线程是无法访问该对象的任何synchronized方法的。注意这时候是给对象上锁，如果是不同的对象，则各个对象之间没有限制关系。但如果是静态方法的情况（方法加上static关键字），即便是向两个线程传入不同的对象（同一个类），这两个线程仍然是互相制约的，必须先执行完一个，再执行下一个）我们不希望这样子，因为这样子在并发处理中会损失性能。

public static synchronized Singleton getInstance() {
		if (instance == null) {
			instance = new Singleton();
		}
		return instance;
	}

     根据上面，我们做了改动，将synchronized关键字放在代码块中，这样锁定的就不是整个对象，而是方法块，synchronized块比synchronized方法更加细粒度地控制了多个线程的访问，只有synchronized块中的内容不能同时被多个线程所访问，方法中的其他语句仍然可以同时被多个线程所访问（包括synchronized块之前的和之后的。如下

public static Singleton getInstance() {
		if (instance == null) {
			synchronized (instance) {
				if (instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		}
		return instance;
	}

       这个时候，貌似解决了问题。但是，我想说的是，从网上看到的资料里面有如下问题情况：jvm优化使得new singleton()的操作实际上不是原子操作，包括分配内存和初始化对象两个过程，很有可能第一个线程进入分配内存后，就已经将instance分配内存地址，此时不为null，但是还没有分对象初始化，此时另一个线程发现instance不等于null，就直接开始使用对象的其他方法，就会报错，类似classnotdefine或者noclass之类的异常报错。

       最后，不得不使用如下的代码解决：

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

      以上为SingletonFactory为内部类，放在Singleton类中。JVM有个特性：一个类被加载时，该类是线程互斥的，且只会被加载一次。所以如上代码，当调用getInstance()时（该方法可以多线程同时访问），就可以实现加载类了（第一个线程访问就会加载SingletonFactory，并创建Class对象。其他线程要等他创建完成后才能访问SingletonFactory，且不会再new）。

       以上方法可以解决问题，同时也有人参考上面的思路来做了另一种，因为上面主要就是让访问可以多线程同时，对象获取只能单线程互斥，那把static class SingletonFactory换成一个synchronized的方法应该也可以吧，如下代码：

public class SingletonTest {
	private static SingletonTest instance = null;
	private SingletonTest() {
	}
	private static synchronized void syncInit() {
		if (instance == null) {
			instance = new SingletonTest();
		}
	}
	public static SingletonTest getInstance() {
		if (instance == null) {
			syncInit();
		}
		return instance;
	}
}

     可能一眼看起来和synchronized块的方法类似，这个是否也会发生类似的问题？（我的疑虑，不过貌似很难测者中情况，也许synchronized方法时会保证方法中的变量都创建对象并赋值）。

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