多线程环境下单例模式

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单例模式单例模式是一种常见的设计模式，

单例模式分三种：懒汉式单例、饿汉式单例、内部类单例、登记式单例几种。

单例模式有一下特点：

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。

懒汉模式不是线程安全的。

饿汉模式是线程安全的。

内部内模式利用Classloader的特

注册表模式是线程安全的同时又提供运行期指定单例。

饿汉式单例类

Java代码

public class Singleton

{

private Singleton(){

}

private static Singleton instance = new Singleton();

private static Singleton getInstance(){

return instance;

}

}

内部类式单例类

public class Singleton

{

private
Singleton(){

}

private
class SingletonHoledr(){

private
static Singleton instance = new Singleton();

}

private
static Singleton getInstance(){

return
SingletonHoledr.instance;

}

}

懒汉式单例类

可以同步但是效率不高：

Java代码

Java代码

public class Singleton

{

private Singleton(){

}

private static Singleton instance;

public static synchronized Singleton getInstance(){

if(instance == null){

return instance = new Singleton();

}else{

return instance;

}

}

}

这样写程序不会出错，因为整个getInstance是一个整体的"critical section"，但就是效率很不好，因为我们的目的其实只是在第一个初始化instance的时候需要locking(加锁)，而后面取用instance的时候，根本不需要线程同步。

于是聪明的人们想出了下面的做法：

双检锁写法：

Java代码

Java代码

public class Singleton{

private static Singleton single; //声明静态的单例对象的变量

private Singleton(){} //私有构造方法

public static Singleton getSingle(){ //外部通过此方法可以获取对象

if(single == null){

synchronized (Singleton.class) { //保证了同一时间只能只能有一个对象访问此同步块

if(single == null){

single = new Singleton();

}

}

}

return single; //返回创建好的对象

}

}

Java代码

public class Singleton{

private static Singleton single; //声明静态的单例对象的变量

private Singleton(){} //私有构造方法

public static Singleton getSingle(){ //外部通过此方法可以获取对象

if(single == null){

synchronized (Singleton.class) { //保证了同一时间只能只能有一个对象访问此同步块

if(single == null){

single = new Singleton();

}

}

}

return single; //返回创建好的对象

}

}

思路很简单，就是我们只需要同步（synchronize）初始化instance的那部分代码从而使代码既正确又很有效率。

这就是所谓的“双检锁”机制（顾名思义）。

很可惜，这样的写法在很多平台和优化编译器上是错误的。

原因在于：instance = new Singleton()这行代码在不同编译器上的行为是无法预知的。一个优化编译器可以合法地如下实现instance = new Singleton():

1. instance = 给新的实体分配内存

2. 调用Singleton的构造函数来初始化instance的成员变量

现在想象一下有线程A和B在调用getInstance，线程A先进入，在执行到步骤1的时候被踢出了cpu。然后线程B进入，B看到的是instance 已经不是null了（内存已经分配），于是它开始放心地使用instance，但这个是错误的，因为在这一时刻，instance的成员变量还都是缺省值，A还没有来得及执行步骤2来完成instance的初始化。

当然编译器也可以这样实现：(小心编译器重排序)

1. temp = 分配内存

2. 调用temp的构造函数

3. instance = temp

如果编译器的行为是这样的话我们似乎就没有问题了，但事实却不是那么简单，因为我们无法知道某个编译器具体是怎么做的，因为在Java的memory model里对这个问题没有定义。

双检锁对于基础类型（比如int）适用。很显然吧，因为基础类型没有调用构造函数这一步。

另外：

由于虚拟机的优化，一个cpu上对instance修改(由于编译优化，可能被本cpu缓存、寄存器缓存)后，别人cpu并不知道（对别的cpu不可见)，造成多次进入临界区。对instance加上volatile关键字可以修复这个问题。

volatile虽然解决了可见性问题，但是依然解决不了上述编译器重排序问题。