資訊專欄INFORMATION COLUMN
摘要：對(duì)于而言，它執(zhí)行的是一個(gè)個(gè)指令。在指令中創(chuàng)建對(duì)象和賦值操作是分開(kāi)進(jìn)行的，也就是說(shuō)語(yǔ)句是分兩步執(zhí)行的。此時(shí)線程打算使用實(shí)例，卻發(fā)現(xiàn)它沒(méi)有被初始化，于是錯(cuò)誤發(fā)生了。
1.餓漢式單例
public class Singleton
{
private static Singleton instance = new Singleton();
private Singleton(){
…
}
public static Singleton getInstance(){
return instance;
}
}
這樣的代碼缺點(diǎn)是：第一次加載類的時(shí)候會(huì)連帶著創(chuàng)建Singleton實(shí)例，這樣的結(jié)果與我們所期望的不同，因?yàn)閯?chuàng)建實(shí)例的時(shí)候可能并不是我們需要這個(gè)實(shí)例的時(shí)候。同時(shí)如果這個(gè)Singleton實(shí)例的創(chuàng)建非常消耗系統(tǒng)資源，而應(yīng)用始終都沒(méi)有使用Singleton實(shí)例，那么創(chuàng)建Singleton消耗的系統(tǒng)資源就被白白浪費(fèi)了。
為了避免這種情況，我們通常使用惰性加載的機(jī)制，也就是在使用的時(shí)候才去創(chuàng)建。以上代碼的惰性加載代碼如下：
2.懶漢式單例
public class Singleton{
private static Singleton instance = null;
private Singleton(){
…
}
public static Singleton getInstance(){
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
}
線程安全問(wèn)題
這是如果兩個(gè)線程A和B同時(shí)執(zhí)行了該方法，然后以如下方式執(zhí)行：
A進(jìn)入if判斷，此時(shí)instance為null，因此進(jìn)入if內(nèi)
B進(jìn)入if判斷，此時(shí)A還沒(méi)有創(chuàng)建instance，因此instance也為null，因此B也進(jìn)入if內(nèi)
A創(chuàng)建了一個(gè)instance并返回
B也創(chuàng)建了一個(gè)instance并返回
此時(shí)問(wèn)題出現(xiàn)了，我們的單例被創(chuàng)建了兩次，而這并不是我們所期望的。
3 各種解決方案及其存在的問(wèn)題
3.1 使用Class鎖機(jī)制
以上問(wèn)題最直觀的解決辦法就是給getInstance方法加上一個(gè)synchronize前綴，這樣每次只允許一個(gè)現(xiàn)成調(diào)用getInstance方法：
public static synchronized Singleton getInstance(){
if (instance == null)
instance = new Singleton();
return instance;
}
這種解決辦法的確可以防止錯(cuò)誤的出現(xiàn)，但是它卻很影響性能：每次調(diào)用getInstance方法的時(shí)候都必須獲得Singleton的鎖，而實(shí)際上，當(dāng)單例實(shí)例被創(chuàng)建以后，其后的請(qǐng)求沒(méi)有必要再使用互斥機(jī)制了
3.2 double-checked locking
曾經(jīng)有人為了解決以上問(wèn)題，提出了double-checked locking的解決方案
public static Singleton getInstance(){
if (instance == null)
synchronized(instance){
if(instance == null)
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
讓我們來(lái)看一下這個(gè)代碼是如何工作的：首先當(dāng)一個(gè)線程發(fā)出請(qǐng)求后，會(huì)先檢查instance是否為null，如果不是則直接返回其內(nèi)容，這樣避免了進(jìn)入synchronized塊所需要花費(fèi)的資源。其次，即使第2節(jié)提到的情況發(fā)生了，兩個(gè)線程同時(shí)進(jìn)入了第一個(gè)if判斷，那么他們也必須按照順序執(zhí)行synchronized塊中的代碼，第一個(gè)進(jìn)入代碼塊的線程會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的Singleton實(shí)例，而后續(xù)的線程則因?yàn)闊o(wú)法通過(guò)if判斷，而不會(huì)創(chuàng)建多余的實(shí)例。
上述描述似乎已經(jīng)解決了我們面臨的所有問(wèn)題，但實(shí)際上，從JVM的角度講，這些代碼仍然可能發(fā)生錯(cuò)誤。
對(duì)于JVM而言，它執(zhí)行的是一個(gè)個(gè)Java指令。在Java指令中創(chuàng)建對(duì)象和賦值操作是分開(kāi)進(jìn)行的，也就是說(shuō)instance = new Singleton();語(yǔ)句是分兩步執(zhí)行的。但是JVM并不保證這兩個(gè)操作的先后順序，也就是說(shuō)有可能JVM會(huì)為新的Singleton實(shí)例分配空間，然后直接賦值給instance成員，然后再去初始化這個(gè)Singleton實(shí)例。(即先賦值指向了內(nèi)存地址，再初始化)這樣就使出錯(cuò)成為了可能，我們?nèi)匀灰訟、B兩個(gè)線程為例：
A、B線程同時(shí)進(jìn)入了第一個(gè)if判斷
A首先進(jìn)入synchronized塊，由于instance為null，所以它執(zhí)行instance = new Singleton();
由于JVM內(nèi)部的優(yōu)化機(jī)制，JVM先畫(huà)出了一些分配給Singleton實(shí)例的空白內(nèi)存，并賦值給instance成員（注意此時(shí)JVM沒(méi)有開(kāi)始初始化這個(gè)實(shí)例），然后A離開(kāi)了synchronized塊。
B進(jìn)入synchronized塊，由于instance此時(shí)不是null，因此它馬上離開(kāi)了synchronized塊并將結(jié)果返回給調(diào)用該方法的程序。
此時(shí)B線程打算使用Singleton實(shí)例，卻發(fā)現(xiàn)它沒(méi)有被初始化，于是錯(cuò)誤發(fā)生了。
4 通過(guò)內(nèi)部類實(shí)現(xiàn)多線程環(huán)境中的單例模式
為了實(shí)現(xiàn)慢加載，并且不希望每次調(diào)用getInstance時(shí)都必須互斥執(zhí)行，最好并且最方便的解決辦法如下：
public class Singleton{
private Singleton(){
…
}
private static class SingletonContainer{
private static Singleton instance = new Singleton();
}
public static Singleton getInstance(){
return SingletonContainer.instance;
}
}
JVM內(nèi)部的機(jī)制能夠保證當(dāng)一個(gè)類被加載的時(shí)候，這個(gè)類的加載過(guò)程是線程互斥的。這樣當(dāng)我們第一次調(diào)用getInstance的時(shí)候，JVM能夠幫我們保證instance只被創(chuàng)建一次，并且會(huì)保證把賦值給instance的內(nèi)存初始化完畢，這樣我們就不用擔(dān)心3.2中的問(wèn)題。此外該方法也只會(huì)在第一次調(diào)用的時(shí)候使用互斥機(jī)制，這樣就解決了3.1中的低效問(wèn)題。最后instance是在第一次加載SingletonContainer類時(shí)被創(chuàng)建的，而SingletonContainer類則在調(diào)用getInstance方法的時(shí)候才會(huì)被加載，因此也實(shí)現(xiàn)了惰性加載。
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