java EE初阶 — 多线程案例单例模式

女爷i 2023-10-02 23:43 8阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  1单例模式主要模式
 *   *  1.1 饿汉模式
     *  1.2 懒汉模式
 *  2 单例模式安全性问题

## 1单例模式主要模式 ##

在某些场景中，有些特定的类只能输出一个实例（对象），不应该创建多个实例，此时就可以使用 **单例模式**。  
使用了单例模式后，就很难创建多个实例。

单例模式 主要介绍两种常见的方式：**饿汉模式**，**懒汉模式**。

### 1.1 饿汉模式 ###

先来看一段代码。

package thread;
    
    //饿汉模式 - 单例模式实现
    //此处要保证这个类只能创建一个实例
    class Singleton {
        
        //创建实例
        private static Singleton instance = new Singleton();
    
        //如果要使用这个实例，通过 Singleton.getInstance() 方式来获取
        public static Singleton getInstance() {
        
            return instance;
        }
    
        //为了避免 Singleton 被不小心多复制出来
        //把构造方法设为 private 在类的外面那就无法通过 new 的方式来创建 Singleton 这个实例了
        private Singleton() {
        }
    }
    
    public class ThreadDemo22 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            Singleton s1 = Singleton.getInstance();
            Singleton s2 = Singleton.getInstance();
            System.out.println(s1 == s2);
        }
    }

![f32eaed52ee14320982ebd5ef51f6cef.png_pic_center][]  
  
s1 和 s2 相等说明这是一个实例，而且此时使用 new 一个实例 程序则会报错。  
  
![e41af512874f4c3f9de42a965b8309d2.png_pic_center][]  
  
如果一个饿了很久的人看到吃的，那么他就会特别急切的去吃了这个东西。

类加载阶段，就把实例创建出来了。（累加载是比较靠前的阶段）  
这种效果，就会给人一种 “特别急切” 的感觉。

### 1.2 懒汉模式 ###

先来看一段代码。

package thread;
    
    class SinglentonLazy {
        
        private static SinglentonLazy instance = null;
    
        public static SinglentonLazy getInstance() {
        
            if (instance == null) {
        
                instance = new SinglentonLazy();
            }
            return instance;
        }
    
        private SinglentonLazy() {
        }
    }
    
    public class ThreadDemo23 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            SinglentonLazy s1 = SinglentonLazy.getInstance();
            SinglentonLazy s2 = SinglentonLazy.getInstance();
            System.out.println(s1 == s2);
        }
    }

![0184d9eb39e64038bd18ba3733e28a08.png_pic_center][]  
  
s1 和 s2 相等说明这是一个实例。  
  
懒汉模式中的实例并不是类加载的时候创建了，而是真正第一次使用的时候才会去创建。  
如果不会使用，就不创建。

就好比生活中的拖延症，不到最后时刻绝不行动。  
  
在效率方面。懒汉模式要更胜一筹。

## 2 单例模式安全性问题 ##

上述讲的 **饿汉模式** 和 **懒汉模式** 如果在多线程的环境下调用 **getInstance** ，是否是线程·安全的。  
  
懒汉模式有读有写。

![1058caa017514f99822e061691a0e1aa.png_pic_center][]

饿汉模式这里是涉及到了 “读操作”。

![5c101ea6208245e988be498fbd9fa63e.png_pic_center][]

这两种模式只有一种是安全的，那不安全的是哪一种呢？  
  
![0fd2a9ebfc4b413abc31ddba421f47a4.png_pic_center][]  
  
注意 **new** 本质上也是也是2多个指令，此处暂时视为一个整体，不影响对程序的分析。  
  
如何使用加锁让 懒汉模式 变成线程安全的？

下面这种方式是不行的。

![422c613490dc47c1bd927148515609a3.png_pic_center][]  
  
下面这种方式是可以的。

package thread;
    
    class SinglentonLazy {
        
        private static SinglentonLazy instance = null;
    
        public static SinglentonLazy getInstance() {
        
            synchronized (SinglentonLazy.class) {
        
                if (instance == null) {
        
                    instance = new SinglentonLazy();
                }
            }
            return instance;
        }
    
        private SinglentonLazy() {
        }
    }
    
    public class ThreadDemo23 {
        
        public static void main(String[] args) {
        
            SinglentonLazy s1 = SinglentonLazy.getInstance();
            SinglentonLazy s2 = SinglentonLazy.getInstance();
            System.out.println(s1 == s2);
        }
    }

![在这里插入图片描述][dc1f51f09788477194e2efc4580f8dc7.png_pic_center]  
  
![4752f66a02ed48dba54800fd3cda75b5.png_pic_center][]  
  
此处的 t2 load 得到的结果是 t1 修改过后的结果。（得到的是一个非 null 的值）  
因此 t2 就不会触发 if 条件，也就不会再创建新的对象了。  
而是直接返回现有对象了。  
  
执行到此处代码还是会有问题。  
  
每次 **getInstance** 都需要加锁，而加锁是要有开销的，这里就需要仔细考虑需不需要每次都加锁？

仔细想想就会发现。这里的加锁只是在 new 出对象之前加上的，是有必要的。  
一旦对象 new 完了之后，后序调用 **getInstance** 。此时 **instance** 的值一定是非空的。  
因此就会直接触发 return ，相当于是一个比较操作，一个是返回操作。  
这两个操作都是读操作，此时不加锁也没事。  
  
基于上面的情况，可以加上一个判定。  
如果对象还没创建，才加锁；如果对象已经创建就不加锁了。  
  
下面是部分代码

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

此时就不再是无脑加锁了。而是在满足了条件时候才加锁。  
  
即便是优化到了现在这个地步也还是会有 **内存可见性** 问题。  
  
假设有很多的线程，都去进行 **getInstance** ，这个时候，是否会有被优化的风险呢?  
（只有第一次读才是真正的读了内存，后续都是读寄存器/cache）  
这就是内存可见性问题。  
  
这里还会涉及到 **指令重排序问题**。

instance = new Singleton(); 会被拆分成三个步骤：

1.  申请内存空间。
2.  调用构造方法，把这个内存空间初始化成一个合理的对象。
3.  把内存空间的地址赋值给 **instance** 引用。

如果是正常的情况下是会按照 1 2 3 的顺序来执行的，  
但是编译器为了提示效率还会进行指令重排序，也就是调整代码的执行顺序。

此时 1 2 3 就可能变成了 1 3 2 。（单线程 1 2 3 和 1 3 2 没有去区别）  
  
但是如果是多线程环境下就回出现问题了。

假设 t1 是按照 132 的顺序来执行的。  
t1 执行到 1 3 之后，执行 2 之前会被切除 CPU ，t2 来执行。

（当 t1 执行完 3 之后，t2 看起来此处的引用就非空了）  
此时此刻 t2 就相当于是直接返回了 **instance** 引用。并且可能会尝试使用引用中的属性。

但是由于 t1 中的 2 操作还没完全执行完呢，t2 拿到的是非法的对象，还没构造完成的不完整的对象。

解决办法：**volatile**

两个功能：

*  解决内存可见性
 *  禁止指令重排序

部分代码

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

[f32eaed52ee14320982ebd5ef51f6cef.png_pic_center]: https://img-blog.csdnimg.cn/f32eaed52ee14320982ebd5ef51f6cef.png#pic_center
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