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一、未加锁的单例
懒汉模式实现
java
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {
}
public Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
这是一个最简单的单例模式,在单线程下运转良好。但在多线程下会出现明显的问题,可能会创建多个实例。
可以看到,当两个线程同时执行时,是有可能会创建多个实例的,这很明显不符合单例的要求。
二、加锁单例
java
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {
}
public synchronized Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
return instance;
}
}
与第一个示例唯一的区别是在方法上添加了synchronized关键字
。这时,当多个线程进入该方法时,需要先获得锁
才能进行执行。
-
通过在方法上添加synchronized关键字,看似完美的解决了多线程的问题,但却带了
性能问题
。 -
我们知道使用锁会导致额外的性能开销,对于上面的单例模式,只有第一次创建时需要锁(防止创建多个实例),但
查询时是不需要锁的
。 -
如果针对方法进行加锁,
每次查询也要承担加锁的性能损耗
。
三、双重检查锁
java
public class Singleton {
private static Singleton instance;
private Singleton() {
}
public Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
-
缩小锁的范围;
-
锁之前先判断一下是不是null,如果不为null,说明已经实例化了,直接返回,没必要进行创建;
-
如果为null,进行加锁,然后再次判断是否为null。
为什么要再次判断?
因为一个线程判断为null之后,另外一个线程可能已经创建了对象,所以在锁定之后,需要再次核实一下,真的为null,则进行对象创建。
改进之后,既保证了线程的安全性,又避免了锁导致的性能损失。问题到此结束了吗?并没有,继续往下看
四、JVM的指令重排
在JVM当中,编译器为了性能问题,会进行指令重排。
在上述代码中new Singleton()并不是原子操作,有可能会被编译器进行重排操作。
当线程A执行完步骤赋值操作,但还未执行对象初始化。此时,线程B进来了,在第一层判断时发现Instance已经有值了(实际上还未初始化),直接返回对应的值。那么,程序在使用这个未初始化的值时,便会出现错误。
针对此问题,可在instance上添加volatile关键字
,使得instance在读、写操作前后都会插入内存屏障,避免重排序。
最终,单例模式实现如下:
java
public class Singleton {
private static volatile Singleton instance;
private Singleton() {
}
public Singleton getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (Singleton.class) {
if (instance == null) {
instance = new Singleton();
}
}
}
return instance;
}
}
五、总结
- 未加锁单例模式使用,
会创建多个对象
; - 方法上加锁,导致
性能下降
; - 代码内局部加锁,双重判断,
既满足线程安全,又满足性能需求
; - 单例模式特例:创建对象分多步,会出现指令重排现象,采用volatile进行避免指令重排;