Java Volatile應(yīng)用單例模式實現(xiàn)過程解析
單例模式
回顧一下，單線程下的單例模式代碼
餓漢式
- 構(gòu)造器私有化
- 自行創(chuàng)建，并且用靜態(tài)變量保存static
- 向外提供這個實例 public
- 強調(diào)這是一個單例，用final
public class sington(){
public final static INSTANCE = new singleton();
private singleton(){}
}
第二種：jdk1.5之后用枚舉類型
枚舉類型：表示該類型的對象是有限的幾個
我們可以限定為1個，就稱了單例
public enum Singleto{
INSTANCE
}
第三種靜態(tài)代碼塊
public class Singleton{
public final static INSTANCE;
static{
INSTANCE = new Singleton();
}
private Singleton(){}
}
懶漢式構(gòu)造器私有化
用一個靜態(tài)變量保存這個唯一實例
提供一個靜態(tài)方法，獲取這個實例
public class Singleton{
private static Singleton INSTANCE;
private Singleton(){}
public static Singleton getInstance(){
if(instance==null){
INSTANCE = new Singleton();
}
return INSTANCE;
}
}
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance = null;
private SingletonDemo () {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 我是構(gòu)造方法SingletonDemo");
}
public static SingletonDemo getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new SingletonDemo();
}
return instance;
}
public static void main(String[] args) {
// 這里的 == 是比較內(nèi)存地址
System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
}
}
最后輸出結(jié)果：
但是在多線程的環(huán)境下，我們的單例模式是否還是同一個對象了
public class SingletonDemo {
private static SingletonDemo instance = null;
private SingletonDemo () {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 我是構(gòu)造方法SingletonDemo");
}
public static SingletonDemo getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new SingletonDemo();
}
return instance;
}
public static void main(String[] args) {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
SingletonDemo.getInstance();
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
從下面的結(jié)果我們可以看出，我們通過SingletonDemo.getInstance() 獲取到的對象，并不是同一個，而是被下面幾個線程都進行了創(chuàng)建，那么在多線程環(huán)境下，單例模式如何保證呢？
解決方法一
引入synchronized關(guān)鍵字
public synchronized static SingletonDemo getInstance() {
if(instance == null) {
instance = new SingletonDemo();
}
return instance;
}
輸出結(jié)果：
我們能夠發(fā)現(xiàn)，通過引入Synchronized關(guān)鍵字，能夠解決高并發(fā)環(huán)境下的單例模式問題
但是synchronized屬于重量級的同步機制，它只允許一個線程同時訪問獲取實例的方法，但是為了保證數(shù)據(jù)一致性，而減低了并發(fā)性，因此采用的比較少
解決方法二
通過引入DCL Double Check Lock雙端檢鎖機制
public static SingletonDemo getInstance() {
if(instance == null) {
// 同步代碼段的時候，進行檢測
synchronized (SingletonDemo.class) {
if(instance == null) {
instance = new SingletonDemo();
}
}
}
return instance;
}
最后輸出的結(jié)果為：
從輸出結(jié)果來看，確實能夠保證單例模式的正確性，但是上面的方法還是存在問題的
DCL（雙端檢鎖）機制不一定是線程安全的，原因是有指令重排的存在，加入volatile可以禁止指令重排
原因是在某一個線程執(zhí)行到第一次檢測的時候，讀取到 instance 不為null，instance的引用對象可能沒有完成實例化。因為 instance = new SingletonDemo()；可以分為以下三步進行完成：
- memory = allocate(); // 1、分配對象內(nèi)存空間
- instance(memory); // 2、初始化對象
- instance = memory; // 3、設(shè)置instance指向剛剛分配的內(nèi)存地址，此時instance != null
但是我們通過上面的三個步驟，能夠發(fā)現(xiàn)，步驟2 和 步驟3之間不存在 數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，而且無論重排前 還是重排后，程序的執(zhí)行結(jié)果在單線程中并沒有改變，因此這種重排優(yōu)化是允許的。
- memory = allocate(); // 1、分配對象內(nèi)存空間
- instance = memory; // 3、設(shè)置instance指向剛剛分配的內(nèi)存地址，此時instance != null，但是對象還沒有初始化完成
- instance(memory); // 2、初始化對象
這樣就會造成什么問題呢？
也就是當(dāng)我們執(zhí)行到重排后的步驟2，試圖獲取instance的時候，會得到null，因為對象的初始化還沒有完成，而是在重排后的步驟3才完成，因此執(zhí)行單例模式的代碼時候，就會重新在創(chuàng)建一個instance實例
指令重排只會保證串行語義的執(zhí)行一致性（單線程），但并不會關(guān)系多線程間的語義一致性
所以當(dāng)一條線程訪問instance不為null時，由于instance實例未必已初始化完成，這就造成了線程安全的問題
所以需要引入volatile，來保證出現(xiàn)指令重排的問題，從而保證單例模式的線程安全性
private static volatile SingletonDemo instance = null;
最終代碼
public class SingletonDemo {
private static volatile SingletonDemo instance = null;
private SingletonDemo () {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "\t 我是構(gòu)造方法SingletonDemo");
}
public static SingletonDemo getInstance() {
if(instance == null) {
// a 雙重檢查加鎖多線程情況下會出現(xiàn)某個線程雖然這里已經(jīng)為空，但是另外一個線程已經(jīng)執(zhí)行到d處
synchronized (SingletonDemo.class) //b
{
//c不加volitale關(guān)鍵字的話有可能會出現(xiàn)尚未完全初始化就獲取到的情況。原因是內(nèi)存模型允許無序?qū)懭?
if(instance == null) {
// d 此時才開始初始化
instance = new SingletonDemo();
}
}
}
return instance;
}
public static void main(String[] args) {
// // 這里的 == 是比較內(nèi)存地址
// System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
// System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
// System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
// System.out.println(SingletonDemo.getInstance() == SingletonDemo.getInstance());
for (int i = 0; i < 10; i++) {
new Thread(() -> {
SingletonDemo.getInstance();
}, String.valueOf(i)).start();
}
}
}
以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。
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