线程安全的单例模式

 

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_75247c770100yxpb.html

面试的时候，常常会被问到这样一个问题：请您写出一个单例模式（Singleton Pattern）吧。好吧，写就写，这还不容易。顺手写一个：

public final class EagerSingleton  
{  
    private static EagerSingleton singObj = new EagerSingleton();  
  
    private EagerSingleton(){  
    }  
  
    public static EagerSingleton getSingleInstance(){  
       return singObj；
    }  
}  

　　这种写法就是所谓的饥饿模式，每个对象在没有使用之前就已经初始化了。这就可能带来潜在的性能问题：如果这个对象很大呢？没有使用这个对象之前，就把它加载到了内存中去是一种巨大的浪费。

 

　 针对这种情况，我们可以对以上的代码进行改进，使用一种新的设计思想——延迟加载（Lazy-load Singleton）。

public final class LazySingleton  
{  
    private static LazySingleton singObj = null;  
  
    private LazySingleton(){  
    }  
  
    public static LazySingleton getSingleInstance(){  
        if(null == singObj ) singObj = new LazySingleton();
          return singObj；
    }  
}  

　　     这种写法就是所谓的懒汉模式。它使用了延迟加载来保证对象在没有使用之前，是不会进行初始化的。

　 但是，通常这个时候面试官又会提问新的问题来刁难一下。他会问：这种写法线程安全吗？回答必然是：不安全。这是因为在多个线程可能同时运行到第九行，判断singObj为null，于是同时进行了初始化。所以，这是面临的问题是如何使得这个代码线程安全？很简单，在那个方法前面加一个Synchronized就OK了。

public final class ThreadSafeSingleton  
{  
    private static ThreadSafeSingleton singObj = null;  
  
    private ThreadSafeSingleton(){  
    }  
  
    public static Synchronized ThreadSafeSingleton getSingleInstance(){  
        if(null == singObj ) singObj = new ThreadSafeSingleton();
            return singObj；
    }  
}  

　　写到这里，面试官可能仍然会狡猾的看了你一眼，继续刁难到：这个写法有没有什么性能问题呢？答案肯定是有的！同步的代价必然会一定程度的使程序的并发度降低。那么有没有什么方法，一方面是线程安全的，有可以有很高的并发度呢？我们观察到，线程不安全的原因其实是在初始化对象的时候，所以，可以想办法把同步的粒度降低，只在初始化对象的时候进行同步。这里有必要提出一种新的设计思想——双重检查锁（Double-Checked Lock）。

public final class DoubleCheckedSingleton  
{  
    private static DoubleCheckedSingletonsingObj = null;  
  
    private DoubleCheckedSingleton(){  
    }  
  
    public static DoubleCheckedSingleton getSingleInstance(){  
        if(null == singObj ) {
              Synchronized(DoubleCheckedSingleton.class){
                     if(null == singObj)
                           singObj = new DoubleCheckedSingleton();
              }
         }
       return singObj；
    }  
} 

　　

      这种写法使得只有在加载新的对象进行同步，在加载完了之后，其他线程在第九行就可以判断跳过锁的的代价直接到第15行代码了。做到很好的并发度。 

     至此，上面的写法一方面实现了Lazy-Load，另一个方面也做到了并发度很好的线程安全，一切看上很完美。这是，面试官可能会对你的回答满意的点点头。但是，你此时提出说，其实这种写法还是有问题的！！问题在哪里？假设线程A执行到了第9行，它判断对象为空，于是线程A执行到第12行去初始化这个对象，但初始化是需要耗费时间的，但是这个对象的地址其实已经存在了。此时线程B也执行到了第九行，它判断不为空，于是直接跳到15行得到了这个对象。但是，这个对象还没有被完整的初始化！得到一个没有初始化完全的对象有什么用！！关于这个Double-Checked Lock的讨论有很多，目前公认这是一个Anti-Pattern，不推荐使用！所以当你的面试官听到你的这番答复，他会不会被Hold住呢？

     

　  那么有没有什么更好的写法呢？有！这里又要提出一种新的模式——Initialization on Demand Holder. 这种方法使用内部类来做到延迟加载对象，在初始化这个内部类的时候，JLS(Java Language Sepcification)会保证这个类的线程安全。这种写法最大的美在于，完全使用了Java虚拟机的机制进行同步保证，没有一个同步的关键字。

 //Initialization on Demand Holder
 public class Singleton    
 {    
     private static class SingletonHolder    
     {    
         final static Singleton instance = new Singleton();    
     }    
   
　　  private Singleton(){}

     public static Singleton getInstance()    
     {    
         return SingletonHolder.instance;    
     }    
 }   

　　在这一版本的单例模式实现代码中，我们使用了Java的静态内部类。这一技术是被JVM明确说明了的，因此不存在任何二义性。在这段代码中，因为Singleton没有static的属性，因此并不会被初始化。直到调用getInstance()的时候，会首先加载SingletonHolder类，这个类有一个static的Singleton实例，因此需要调用Singleton的构造方法，然后getInstance()将把这个内部类的instance返回给使用者。由于这个instance是static的，因此并不会构造多次。

 

由于SingletonHolder是私有静态内部类，所以不会被其他类知道，同样，static语义也要求不会有多个实例存在。并且，JSL规范定义，类的构造必须是原子性的，非并发的，因此不需要加同步块。同样，由于这个构造是并发的，所以getInstance()也并不需要加同步。