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对于单例模式的一点想法

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作者 正文
   发表时间:2008-07-04  
单例模式很普遍,对于Spring的实现机制不清楚,单就Java语言上的实现机制来讨论。
虽然简单,但要获得一个高性能且线程安全的单例确不简单。
最简单的、成熟的单例实现有如下两种:
1.
public static final Singleton INSTANCE=new Singleton();

即在声明静态变量时就实例化。这种方法的问题是,不能传入构造参数从而动态的创建实例。
2.
public static synchronized Singleton getInstance(){...}

即在方法上同步。这种方法的问题是,始终有同步的开销(虽然对很多应用来说这开销并不大,以致不需要考虑),而更理想的情况是,读操作不需要同步,只在创建实例时同步。
看上去更好的方法(但有问题!)是:
Double-checked synchronization,
如:
private static Singleton INSTANCE;
public static Singleton getInstance(){
  if(INSTANCE==null){
    synchronized(Singelton.class){
      //Double checking
      if(INSTANCE==null){
        INSTANCE=new Singleton();
      }
    }
  }
}

问题解释如下:
参考1:http://www.ibm.com/developerworks/java/library/j-dcl.html
参考2:http://www.cs.umd.edu/~pugh/java/memoryModel/DoubleCheckedLocking.html
在参考1中提到,out-of-order writes是原因,就是说INSTANCE=new Singleton();这行代码并不是一定按如下伪代码顺序进行的:
1.分配内存
2.调用构造器
3.赋值给INSTANCE

在有的JIT上会编译优化为:
1.分配内存
2.赋值给INSTANCE
3.调用构造器

这就是所谓的out-of-order writes。则问题会出在第2步:此时判断(INSTANCE==null)已经返回真了,但构造器还未调用完成,此时访问INSTANCE则会出现不可预料的问题。
以上都是简单的重复广为人知的知识,下面是我的补充:
在参考2中的"It will work for 32-bit primitive values"一节给了我启发,它提到对32位的原始类型的Double-checked locking是可以的,(我认为实际关键点在于
赋值操作是否是原子的)。既然对int的赋值是原子的,我们可以稍加改进,引入一个int hasInitialized:
private static int hasInitialized=0;
private static Singleton INSTANCE;
public static Singleton getInstance(){
  if(hasInitialized==0){
    synchronized(Singelton.class){
      //Double checking
      if(hasInitialized==0){
        INSTANCE=new Singleton();
        hasInitialized=1;
      }
    }
  }
}

区别在于:
以hasInitialized==0来判断是否初始化完成,而在NSTANCE=new Singleton();之后才赋值以确认初始化完成。
这样不是既可保持高性能(绝大部分情况下没有锁,不进入需同步的块)、又可保证线程安全么?
   发表时间:2008-07-04  
Double-checked synchronization,将instance声明为volatile即可,在jdk5以上版本。
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   发表时间:2008-07-04  
private static int hasInitialized=0; 
private static Singleton INSTANCE; 
public static synchronized Singleton getInstance(){ 
  if(hasInitialized==0){ 
    synchronized(Singelton.class){ 
      //Double checking 
      if(hasInitialized==0){ 
        INSTANCE=new Singleton(); 
        hasInitialized=1; 
      } 
    } 
  } 
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   发表时间:2008-07-04  
Lucas Lee 写道

private static int hasInitialized=0;
private static Singleton INSTANCE;
public static synchronized Singleton getInstance(){
  if(hasInitialized==0){
    synchronized(Singelton.class){
      //Double checking
      if(hasInitialized==0){
        INSTANCE=new Singleton();
        hasInitialized=1;
      }
    }
  }
}

区别在于:
以hasInitialized==0来判断是否初始化完成,而在NSTANCE=new Singleton();之后才赋值以确认初始化完成。
这样不是既可保持高性能(绝大部分情况下没有锁,不进入需同步的块)、又可保证线程安全么?


JVM 不保证代码INSTANCE=new Singleton() 一定在hasInitialized=1之前执行!!!
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   发表时间:2008-07-04  
除了你已经提出的两种办法,没有其他可以run everywhere的办法了。
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   发表时间:2008-07-04  
weiqingfei 写道
private static int hasInitialized=0; 
private static Singleton INSTANCE; 
public static synchronized Singleton getInstance(){ 
  if(hasInitialized==0){ 
    synchronized(Singelton.class){ 
      //Double checking 
      if(hasInitialized==0){ 
        INSTANCE=new Singleton(); 
        hasInitialized=1; 
      } 
    } 
  } 


谢谢提醒,我已经修改了,笔误。
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   发表时间:2008-07-04  
slangmgh 写道

JVM 不保证代码INSTANCE=new Singleton() 一定在hasInitialized=1之前执行!!!

这个不会吧?你的证据呢?
我提到的out-of-order write只是对INSTANCE=new Singleton()范围而言。
连两条语句的顺序都无法保证,这个就难以想象了。。。
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   发表时间:2008-07-04  
biubiu 写道
除了你已经提出的两种办法,没有其他可以run everywhere的办法了。

我最后提出的一种方案不行么?
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   发表时间:2008-07-04  
# private static Singleton INSTANCE; 
# public static Singleton getInstance(){ 
#   if(INSTANCE==null){ 
#     synchronized(Singelton.class){ 
#       //Double checking 
#       if(INSTANCE==null){ 
#         INSTANCE=new Singleton(); 
#       } 
#     } 
#   } 
# }
 

1. private static int hasInitialized=0; 
   2. private static Singleton INSTANCE; 
   3. public static Singleton getInstance(){ 
   4.   if(hasInitialized==0){ 
   5.     synchronized(Singelton.class){ 
   6.       //Double checking 
   7.       if(hasInitialized==0){ 
   8.         INSTANCE=new Singleton(); 
   9.         hasInitialized=1; 
  10.       } 
  11.     } 
  12.   } 
  13. } 

差不多吗
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   发表时间:2008-07-05  
yxbbing 写道
# private static Singleton INSTANCE; 
# public static Singleton getInstance(){ 
#   if(INSTANCE==null){ 
#     synchronized(Singelton.class){ 
#       //Double checking 
#       if(INSTANCE==null){ 
#         INSTANCE=new Singleton(); 
#       } 
#     } 
#   } 
# }
 

1. private static int hasInitialized=0; 
   2. private static Singleton INSTANCE; 
   3. public static Singleton getInstance(){ 
   4.   if(hasInitialized==0){ 
   5.     synchronized(Singelton.class){ 
   6.       //Double checking 
   7.       if(hasInitialized==0){ 
   8.         INSTANCE=new Singleton(); 
   9.         hasInitialized=1; 
  10.       } 
  11.     } 
  12.   } 
  13. } 

差不多吗


你没有仔细研究第一个方法为什么有问题,及第二种方法为什么解决了它的问题,当然会觉得差不多了。
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