[摘要]单例模式是一种常见的设计模式,在Java应用中,单例对象能保证在一个JVM中,该对象只有一个实例存在。正是由于这个特点,单例对象通常作为程序中的存放配置信息的载体,因为它能保证其他对象读到一致的信息。这种方式只需访问该单例对象即可达到统一但是在多线程环境下,但是随着应用场景的不同,也可能带来一些同步问题。
本文将探讨一下在多线程环境下,使用单例对象时可能会带来的同步问题,并给出可选的解决办法。
[关键字] Java 设计模式 单例 线程 同步 双重检查锁
[概念]
单例模式分类:懒汉式单例、饿汉式单例两种。
单例模式特点:
1、单例类只能有一个实例
2、单例类必须自己自己创建自己的唯一实例
3、单例类必须给所有其他对象提供这一实例
单例模式确保某个类只有一个实例,而且自行实例化并向整个系统提供这个实例
[问题描述]
面试的时候,大家也许会被问到这样一个问题:请您写出一个单例模式(Singleton Pattern) ,当然都感觉比较简单,代码如下:
/**
*演示单例模式之饥饿模式
*@authorAdministrator
*
*/
publicclass EagerSingleton
{
privatestatic EagerSingleton instance=new EagerSingleton();
private EagerSingleton()
{
}
public static EagerSingleton getSingleInstance()
{
returninstance;
}
}
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)。
/**
*演示单例模式之懒汉模式
*@authorAdministrator
*
*/
publicclass LazySingleton {
privatestatic LazySingleton instance;
private LazySingleton()
{
}
public static LazySingleton getSingleInstance()
{
if (instance == null)
{
instance = new LazySingleton();
}
returninstance;
}
}
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。
测试结果:
<!--[if gte vml 1]><v:shapetype id="_x0000_t75" coordsize="21600,21600" o:spt="75" o:preferrelative="t" path="m@4@5l@4@11@9@11@9@5xe" filled="f" stroked="f"> <v:stroke joinstyle="miter"/> <v:formulas> <v:f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"/> <v:f eqn="sum @0 1 0"/> <v:f eqn="sum 0 0 @1"/> <v:f eqn="prod @2 1 2"/> <v:f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"/> <v:f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"/> <v:f eqn="sum @0 0 1"/> <v:f eqn="prod @6 1 2"/> <v:f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"/> <v:f eqn="sum @8 21600 0"/> <v:f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"/> <v:f eqn="sum @10 21600 0"/> </v:formulas> <v:path o:extrusionok="f" gradientshapeok="t" o:connecttype="rect"/> <o:lock v:ext="edit" aspectratio="t"/> </v:shapetype><v:shape id="_x0000_i1025" type="#_x0000_t75" style='width:270.75pt; height:155.25pt;mso-wrap-style:square;mso-position-horizontal-relative:page; mso-position-vertical-relative:page'> <v:imagedata src="file:///C:\Users\Kelly\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image001.png" o:title=""/> </v:shape><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->
这是因为在多个线程可能同时运行到判断instance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。
/**
*演示单例模式之线程安全
*@authorAdministrator
*
*/
publicclass ThreadSafeSingleton
{
privatestatic ThreadSafeSingleton instance;
private ThreadSafeSingleton()
{
}
public static synchronized ThreadSafeSingleton getSingleInstance()
{
if (instance == null)
{
instance = new ThreadSafeSingleton();
}
returninstance;
}
}
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。
[解决方案]
这里有必要提出一种新的设计思想——双重检查锁(Double-Checked Lock)。
/**
*演示单例模式之双重锁定
*@authorAdministrator
*
*/
publicclass DoubleCheckedSingleton {
privatestatic DoubleCheckedSingleton instance;
private DoubleCheckedSingleton()
{
}
public static synchronized DoubleCheckedSingleton getSingleInstance()
{
//性能改进——双重锁定: Double-Check Locking
if(instance==null) // 1. 先判断
{
synchronized (DoubleCheckedSingleton.class) // 2. 再同步
{
if (instance == null) //3. 再判断
{
instance = new DoubleCheckedSingleton(); //4. 实例化
}
}
}
returninstance;
}
}
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,其他线程就可以判断当前实例对象是否为空,如非空,并跳过锁的的代价直接返回当前单例对象了。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,当你此时提出说,其实这种写法还是有问题的!面试官也许会对你刮目相看!!
问题在哪里?假设线程A执行到调用上述getSingleInstance()方法,它判断对象为空,于是线程A执行下面初始化这个对象,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。此时如果线程B也执行调用上述getSingleInstance()方法,它判断不为空,于是直接跳到最后,返回得到了这个对象。但是,这个对象还没有被完整的初始化!得到一个没有彻底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(即:反面模式),不推荐使用!所以当这个面试官听到你的这番答复,他会不会被Hold不住呢?
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。这种写法最大的巧妙在于,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。
/**
*演示单例模式之完美实现
*@authorAdministrator
*
*/
publicclass Singleton
{
privatestaticclass SingletonHolder
{
publicfinalstatic Singleton instance = new Singleton();
}
publicstatic Singleton getInstance()
{
return SingletonHolder.instance;
}
}
测试结果:
单个线程
<!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1026" type="#_x0000_t75" style='width:282pt;height:205.5pt;mso-wrap-style:square; mso-position-horizontal-relative:page;mso-position-vertical-relative:page'> <v:imagedata src="file:///C:\Users\Kelly\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image003.png" o:title=""/> </v:shape><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->
多线程
<!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1027" type="#_x0000_t75" style='width:285.75pt;height:232.5pt;mso-wrap-style:square; mso-position-horizontal-relative:page;mso-position-vertical-relative:page'> <v:imagedata src="file:///C:\Users\Kelly\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image005.png" o:title=""/> </v:shape><![endif]--><!--[if !vml]--><!--[endif]-->
至此,单例模式以及线程安全,我们做了一个系统的比较,希望对你有所帮助!
相关推荐
Java中懒汉单例设计模式线程安全测试,单例设计模式的测试
线程安全的单例模式 线程安全的单例模式 线程安全的单例模式
C++11实现线程安全的单例代码和测试代码,包含singleton.h,main.cpp,希望帮助到大家。
使用"懒汉模式"与"饿汉模式"实现c++的单例模式,并且确保了单例模式的第一次实例化的线程安全,以及程序结束时,单例对象的资源收回,以防内存资源的泄漏
单例模式三种线程安全的表达方式,其中枚举方式的单例是最安全的
主要介绍了Java 单例模式线程安全问题的相关资料,希望通过本文大家能了解掌握单例模式中线程安全的使用方法,需要的朋友可以参考下
深入浅出:讲解单例模式,多线程安全和并发访问问题.让你轻松应对面试
本资源描述了C++11 中多线程的创建,C++11中std命名空间中将boost库中的Thread加入,boost多线程从准标准变为标准,其中还介绍了C++ 多线程下的单例模式的使用,本文档为txt文档
自己写的c++实现的单例模式日志类。支持多线程、日志等级、可输出每条日志的输出时间(精确到毫秒级),日志级别,支持可变长参数、标准格式化输出。 代码中包含VS2010示例程序,使用方便。
主要介绍了python实现线程安全的单例模式,小编觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
1 教科书里的单例模式 我们都很清楚一个简单的单例模式该怎样去实现:构造函数声明为private或protect防止被外部函数实例化,内部保存一个private static的类指针保存唯一的实例,实例的动作由一个public的类方法...
保证一个类只有一个实例,并提供一个访问它的全局访问点,使得系统中只有唯一的一个对象实例,具有线程安全,多线程测试通过。 1.打开日志并创建日志文件夹 默认为程序启动路径 2.清理日志文件下日志数量 默认保留90...
单例模式的七种实现方法以及分析,可以作文大作业提交 1.前言 4 1.1 课题的研究背景 4 1.2 课题主要研究目标 4 2.相关技术简介 4 2.1Java简介 4 2.2IDEA简介 4 3. 单例模式的7种实现方式 5 3.1饿汉式(使用静态常量...
设计模式之七种单例模式代码及ppt,包含多线程环境测试和反序列化测试
单例模式是最简单的设计模式之一,但是对于Java的开发者来说,它却有很多缺陷。在本月的专栏中,David Geary探讨了单例模式以及在面对多线程(multithreading)、类装载器(classloaders)和序列化(serialization)时...
下面小编就为大家带来一篇从C++单例模式到线程安全详解。小编觉得挺不错的,现在就分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧
Java多线程--解决单例模式中的懒汉式的线程安全问题
该资源是多线程并发下的单例模式-源码,几乎包含了所有方式实现的单例模式,并且能够确保...读者可结合本人博客 http://blog.csdn.net/cselmu9?viewmode=list 中的《线程并发之单例模式(最全最经典)》一文加以理解。