线程安全的单例模式常见写法是双重检查加锁。代码如下:
class Singleton{
private volatile static Singleton singleton;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(singleton == null){ // 1
synchronized(Singleton.class){ // 2
if(singleton == null){ // 3
singleton = new Singleton(); // 4
}
}
}
return singleton;
}
}
双重检查加锁的单例模式代码上就比较复杂,尤其体现在getInstance
方法上,包括两次检查singleton
是否是null
,一次加锁,singleton
用关键字volatile
修饰。为什么写一个单例如此复杂呢?
首先是懒汉模式,实例的初始化延迟到getInstance
方法中,为了保证只会生成一个实例,要先判断singleton
是否已经初始化,如果已经初始化了,就返回singleton
,没有的话就创建对象。这就是1的作用。如果是单线程的情况,这样就够用了。
在多线程的情况下,只有1,没有2,3,就可能导致创建多个实例。例如,线程A和线程B调用getInstance
方法,线程A先判断了1,然后时间片结束了,切换到线程B,线程B判断1,然后创建了singleton。时间片有切会线程A,线程A创建实例。这样就线程A和线程B就分别创建了一个实例了。破坏了单例的结构。
为了解决这个问题,加了synchronized
保证只有一个线程进入临界区。那只有2,没有3,可以吗?还是考虑和前面一模一样的场景,这次线程A和线程B都判断了1了,进入2,线程A先进入临界区,线程B发现线程A进入了临界区,就挂在了Singleton.class
等等待队列中,等待线程A执行完成。线程A继续执行,创建了一个singleton
实例。退出了临界区。然后线程B被唤醒,进入临界区,又创建了一个singleton
实例。结果又创建了两个singleton
实例。
所以3的作用很明显了。在上面例子中,如果线程B发现实例已经被创建了(singleton
不等于null
),就直接退出临界区了。那1和3的作用似乎有点重合了,1似乎就不是必须了。2,3确实就足够保证单例了。但是加锁是比较消耗资源的,1就是为了减少资源的消耗。
最后,这么看来1,2,3,4就足以保证单例了。那为什么需要加volatile呢?volatile就牵扯到指令重排序的问题了。
要理解为什么要加volatile,首先要理解new Singleton()
做了什么。new一个对象有几个步骤。1.看class对象是否加载,如果没有就先加载class对象,2.分配内存空间,初始化实例,3.调用构造函数,4.返回地址给引用。而cpu为了优化程序,可能会进行指令重排序,打乱这3,4这几个步骤,导致实例内存还没分配,就被使用了。
再用线程A和线程B举例。线程A执行到new Singleton()
,开始初始化实例对象,由于存在指令重排序,这次new操作,先把引用赋值了,还没有执行构造函数。这时时间片结束了,切换到线程B执行,线程B调用new Singleton()
方法,发现引用不等于null
,就直接返回引用地址了,然后线程B执行了一些操作,就可能导致线程B使用了还没有被初始化的变量。
加了volatile之后,就保证new
不会被指令重排序。
至此,这就是一个完整的懒汉模式—>线程安全的->双重检查加锁单例模式。
推荐另一种单例模式的写法:
class Singleton{
private Singleton(){}
private static class LazySomethineHolder{
public static Singleton singleton = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return LazySomethineHolder.singleton;
}
}
网友评论