单例模式及线程安全的实践

news2024/11/18 3:41:01

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本文目录

- 引言
- 基本的单例模式长啥样？
- 怎样才能线程安全？
- - **懒汉模式** ( 双重检查 )
- 🎉总结🎉

引言

单例模式是个挺实用的设计模式，它的要点就是确保一个类只有一个实例，并且提供一个访问这个实例的全局点。这种模式在你需要控制资源或者保持全局状态的时候特别有帮助。但在多线程的情况下，实现这个模式就需要一些技巧，以确保安全和效率。下面咱们就一起看看怎么实现一个既安全又高效的单例模式。

基本的单例模式长啥样？

先来看一个最简单的单例模式示例：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

这个例子简单明了，但在多线程的场景下就可能出问题了。比如，如果两个线程同时检查到 instance为空，那么它们就都会创建一个实例，这就不符合单例模式的初衷了。

PS :
就像图示中,这样就创建了多个实例对象

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饿汉式单例

这段代码实现的是所谓的饿汉式单例模式。在这种模式下，单例的实例在类被加载到JVM时就立即初始化了。这种方式简单直接，因为它依靠JVM类加载机制保证实例的唯一性，同时也无需担心多线程问题，因为类加载过程是线程安全的。

class Singleton {
    private static Singleton instance = new Singleton();

    public static Singleton getInstance() {
        return instance;
    }

    private Singleton() { }
}

优点是实现简单，类加载时完成初始化，避免了线程同步问题。

缺点是如果这个类比较大，而且在程序启动时就加载，但长时间不使用，会导致资源浪费。

怎样才能线程安全？

可以给获取实例的方法加个锁：

public class Singleton {
    private static Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static synchronized Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new Singleton();
        }
        return instance;
    }
}

这种方法虽然简单，但每次调用 getInstance() 都会加锁，可能会拖慢速度。

懒汉模式 ( 双重检查 )

这个方法更聪明点，只在需要时加锁：

public class Singleton {
    private static volatile Singleton instance;

    private Singleton() {}

    public static Singleton getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (Singleton.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new Singleton();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

这样，只有在第一次创建实例时才会同步，提高了效率。而且，用了 volatile 关键字来确保变量的可见性。

这种方式的关键在于`instance`字段的`volatile`关键字和`synchronized`块。`volatile`确保当`instance`变量被初始化成单例实例时，多个线程正确地处理`instance`变量，`synchronized`块则确保在实例未初始化前只有一个线程能进入初始化代码区。