单例模式中的多线程分析

谈到单例模式，我们立马会想到饿汉式和懒汉式加载，所谓饿汉式就是在创建类时就创建好了实例，懒汉式在获取实例时才去创建实例，即延迟加载。

饿汉式：

package com.bijian.study;

public class Singleton {

	private Singleton() {
	}

	// 注意这是private 只供内部调用
	private static Singleton instance = new Singleton();

	// 这里提供了一个供外部访问本class的静态方法，可以直接访问　　
	public static Singleton getInstance() {
		return instance;
	}
}

懒汉式：

package com.bijian.study;

public class Singleton {

	private static Singleton instance = null;

	public static synchronized Singleton getInstance() {

		// 这个方法比上面有所改进，不用每次都进行生成对象，只是第一次　　　 　
		// 使用时生成实例，提高了效率！
		if (instance == null)
			instance = new Singleton();
		return instance;
	}
}

     上面第二中形式的lazy initialization，也就是说第一次调用时初始Singleton，以后就不用再生成了。

注意到lazy initialization形式中的synchronized，这个synchronized很重要，如果没有synchronized，那么使用getInstance()是有可能得到多个Singleton实例。一般认为第一种形式要更加安全些。

       对于上面的懒汉式方式，从多线程角度来看，Synchronized放到方法上会影响性能。于是我们不难想到将其放到方法里。

package com.bijian.study;

public class Singleton {

	private static Singleton instance = null;
	private static String lock = new String();

	public static Singleton getInstance() {

		// 这个方法比上面有所改进，不用每次都进行生成对象，只是第一次　　　 　
		// 使用时生成实例，提高了效率！
		if (instance == null)
			synchronized(lock) {
				instance = new Singleton();
			}
		return instance;
	}
}

我们稍加分析，不难发现，这样会存在线程安全问题，假如线程一刚好执行完if (instance == null)的判断语句（还未加锁），调度至线程二也执行这条判断语句，也是true，也进入了if的语句块中，这样就会产生两个实例，而非单实例了。

此时，我们稍加分析，那还不容易，在锁里面再加一个是否为空的判断，即所谓的double-checked locking (DCL)，如下所示：

package com.bijian.study;

public class Singleton {

	private static Singleton instance = null;
	private static String lock = new String();

	public static Singleton getInstance() {

		// 这个方法比上面有所改进，不用每次都进行生成对象，只是第一次　　　 　
		// 使用时生成实例，提高了效率！
		if (instance == null)
			synchronized(lock) {
				if (instance == null) {
					instance = new Singleton();
				}
			}
		return instance;
	}
} 

     此时，很多人都会觉得无懈可击了。从多线程角度来看，这样写的单例确实没有问题了，但从Java的类创建原理来看，可能还有问题。从浅显简单的理解来看，就是对象还未完全创建出来，但instance变量已被赋值，此时另一个线程获取实例时，会得到instance，但它的堆空间及相关的方法还未完成时，调用实例方法就会出错。

       啊？还存在这样的问题呀？这可以虚拟机的实现问题，难道还要我考虑？是的，其实稍加改动，就可以避免这样的问题。

       解决办法，加一个局部变量，如下所示：

package com.bijian.study;

public class Singleton {

	private static Singleton instance = null;
	private static String lock = new String();

	public static Singleton getInstance() {

		// 这个方法比上面有所改进，不用每次都进行生成对象，只是第一次　　　 　
		// 使用时生成实例，提高了效率！
		if (instance == null)
			synchronized(lock) {
				if (instance == null) {
					Singleton temp = new Singleton();
					instance = temp;
				}
			}
		return instance;
	}
}

 

进一步深入可参考：

Double-checked locking and the Singleton pattern

When is a singleton not a singleton?