单例模式与双重检查锁定（double-checked locking）

yearsj 发布于2019-08-16 16:12 / 2329人阅读

摘要：对于而言，它执行的是一个个指令。在指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说语句是分两步执行的。此时线程打算使用实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

1.饿汉式单例

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

这样的代码缺点是：第一次加载类的时候会连带着创建Singleton实例，这样的结果与我们所期望的不同，因为创建实例的时候可能并不是我们需要这个实例的时候。同时如果这个Singleton实例的创建非常消耗系统资源，而应用始终都没有使用Singleton实例，那么创建Singleton消耗的系统资源就被白白浪费了。

为了避免这种情况，我们通常使用惰性加载的机制，也就是在使用的时候才去创建。以上代码的惰性加载代码如下：
2.懒汉式单例

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

线程安全问题

这是如果两个线程A和B同时执行了该方法，然后以如下方式执行：

A进入if判断，此时instance为null，因此进入if内

B进入if判断，此时A还没有创建instance，因此instance也为null，因此B也进入if内

A创建了一个instance并返回

B也创建了一个instance并返回

此时问题出现了，我们的单例被创建了两次，而这并不是我们所期望的。

3 各种解决方案及其存在的问题
3.1 使用Class锁机制
以上问题最直观的解决办法就是给getInstance方法加上一个synchronize前缀，这样每次只允许一个现成调用getInstance方法：

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

这种解决办法的确可以防止错误的出现，但是它却很影响性能：每次调用getInstance方法的时候都必须获得Singleton的锁，而实际上，当单例实例被创建以后，其后的请求没有必要再使用互斥机制了

3.2 double-checked locking
曾经有人为了解决以上问题，提出了double-checked locking的解决方案

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

让我们来看一下这个代码是如何工作的：首先当一个线程发出请求后，会先检查instance是否为null，如果不是则直接返回其内容，这样避免了进入synchronized块所需要花费的资源。其次，即使第2节提到的情况发生了，两个线程同时进入了第一个if判断，那么他们也必须按照顺序执行synchronized块中的代码，第一个进入代码块的线程会创建一个新的Singleton实例，而后续的线程则因为无法通过if判断，而不会创建多余的实例。

上述描述似乎已经解决了我们面临的所有问题，但实际上，从JVM的角度讲，这些代码仍然可能发生错误。
对于JVM而言，它执行的是一个个Java指令。在Java指令中创建对象和赋值操作是分开进行的，也就是说instance = new Singleton();语句是分两步执行的。但是JVM并不保证这两个操作的先后顺序，也就是说有可能JVM会为新的Singleton实例分配空间，然后直接赋值给instance成员，然后再去初始化这个Singleton实例。(即先赋值指向了内存地址，再初始化)这样就使出错成为了可能，我们仍然以A、B两个线程为例：

A、B线程同时进入了第一个if判断

A首先进入synchronized块，由于instance为null，所以它执行instance = new Singleton();

由于JVM内部的优化机制，JVM先画出了一些分配给Singleton实例的空白内存，并赋值给instance成员（注意此时JVM没有开始初始化这个实例），然后A离开了synchronized块。

B进入synchronized块，由于instance此时不是null，因此它马上离开了synchronized块并将结果返回给调用该方法的程序。

此时B线程打算使用Singleton实例，却发现它没有被初始化，于是错误发生了。

4 通过内部类实现多线程环境中的单例模式
为了实现慢加载，并且不希望每次调用getInstance时都必须互斥执行，最好并且最方便的解决办法如下：

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

JVM内部的机制能够保证当一个类被加载的时候，这个类的加载过程是线程互斥的。这样当我们第一次调用getInstance的时候，JVM能够帮我们保证instance只被创建一次，并且会保证把赋值给instance的内存初始化完毕，这样我们就不用担心3.2中的问题。此外该方法也只会在第一次调用的时候使用互斥机制，这样就解决了3.1中的低效问题。最后instance是在第一次加载SingletonContainer类时被创建的，而SingletonContainer类则在调用getInstance方法的时候才会被加载，因此也实现了惰性加载。

超融合服务器专线服务双重检查锁单例模式单例模式实现单例模式总结

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