java雙重檢測或枚舉類實現線程安全單例(懶漢模式)

雙重檢測實現

/**
 * 懶漢模式->雙重同步鎖單例模式
 */
public class SingletonExample5 {

    private SingletonExample5() {
    }

    //volatile + 雙重檢測機制 -> 禁止指令重排序
    private static volatile SingletonExample5 instance = null;

    /**
     * synchronized導致性能開銷增加
     */
    private static SingletonExample5 getInstance() {
        if (null == instance) { //雙重檢測機制
            synchronized (SingletonExample5.class) {    //同步鎖
                if (null == instance) {
                    instance = new SingletonExample5();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

上述為經典的雙重檢測實現java單例類.
需要注意，如果單例實體instance未被volatile修飾，則雙重檢測的實現方式線程不安全.

從邏輯上，雙重檢測是正確的，但這是建立在cpu或者jvm未對指令進行重排序操作.
將java創建對象分為以下三個步驟執行：

1. 分配對象內存空間；
2. 初始化對象；
3. instance指向分配的內存空間.

在實際的操作過程中，可能發生指令重排序，選擇可能場景：執行步驟為1、3、2.
假設有A、B兩個線程去執行getInstance：

1. A線程執行完1,3步驟，此時instance非空，但是對象尚未完成初始化操作：
2. B線程此時訪問instance，發現非空，傳遞給用戶使用.
3. B線程此時拿到的instance實例未完成初始化，后果自行想象.

因此，為了避免cpu或者jvm對指令進行重排序，使用volatile強制避免重排序即可實現線程安全.

Tips:getInstance函數可以被synchronized以保證線程安全，但是synchronized在高並發環境下會導致性能損耗嚴重,因此我們下沉synchronized至函數內部，盡可能縮小同步范圍.

枚舉類實現

/**
 * 枚舉模式：單詞調用（需要時構造），線程安全
 */
@Slf4j
public class SingletonExample7 {

    private SingletonExample7() {
    }

    private static SingletonExample7 getInstance() {
        return Singleton.INSTANCE.getInstance();
    }

    private enum Singleton {
        INSTANCE;

        private SingletonExample7 singletonExample7;

        //jvm保證方法只被調用一次
        Singleton() {
            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            log.info("枚舉類構造函數運行");
            singletonExample7 = new SingletonExample7();
        }

        public SingletonExample7 getInstance() {
            return singletonExample7;
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        //測試：枚舉類實現單例類是否是懶加載
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            log.info("枚舉類實現單例");
            Thread.sleep(2000);
        }
        System.out.println(getInstance().hashCode());
        System.out.println(getInstance().hashCode());
    }
}

使用枚舉類實現線程安全單例，相較於雙重檢測方式較為簡單.
jvm保證枚舉類只會被調用一次，構造函數為私有.
此外，實現上述代碼可以發現，枚舉類實現單例是懶加載模式，只在getInstance時創建並初始化對象.

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