線程安全的單例模式

　一、餓漢式

　　1、在static屬性中實例化（類加載的初始化階段實例化（在准備階段分配內存））

　　2、在static代碼塊中實例化（類加載的初始化階段實例化）

　　3、枚舉實現（https://www.cnblogs.com/yangyongjie/p/11056454.html）

 

　二、懶漢式

　　1、同步方法或同步代碼塊

　　2、雙重檢查鎖

　　　　在Java多線程程序中，有時候需要采用延遲初始化來降低初始化類和創建對象的開銷，在使用這些對象時才進行初始化。延遲初始化需要注意線程安全

　　問題，否則就容易出現問題。

　　　　單例模式在獲取實例的方法中，若只判斷實例是否為null，是則創建對象，否則獲取對象。這種方法在多線程執行的時候必然會有線程安全問題。若獲取

　　實例方法加synchronized關鍵字，則能實現線程同步解決線程安全問題，但是多線程下頻繁調用會造成巨大的性能開銷。

　　　　1、雙重檢查鎖及其錯誤根源

　　　　　　雙重檢查鎖是常見的延遲初始化技術，初衷是用它來降低同步的開銷，但是它是錯誤的用法。

　　　　雙重檢查鎖代碼：

public class DoubleCheckLock {
    private static Instance instance;
    public static Instance getInstance(){
        // 第一次檢查
        if(instance==null){
            // 第一次檢查為null再進行加鎖，降低同步帶來的性能開銷
            synchronized (DoubleCheckLock.class){
                // 第二次檢查
                if(instance==null){
                    // 問題出在此處
                    instance=new Instance();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

 

　　　　　錯誤根源：

　　　　　　當第一次檢查時，讀取instance不為null時，instance引用的對象可能還沒有完成初始化！原因在於多線程下的重排序。

　　　　　　instance=new Instance() new創建一個對象不是原子操作，分為三步：

　　　　　　　　1）分配對象的內存空間

　　　　　　　　2）初始化對象

　　　　　　　　3）設置instance引用指向剛分配的內存地址

　　　　　　但是在一些編譯器上（如JIT），2）和3）可能會發生重排序。

　　　　　　Java規范保證了重排序不會改變單線程內的程序執行結果。但是在多線程下，若線程A在執行instance=new Instance();時發生了重排序，先執行了3），

　　　　這時候線程B剛好獲取到了instance不為null，接着去訪問對象。但是這個時候線程A還未執行2），即還沒被線程A初始化，那么這個時候線程B得到的就是

　　　　一個還沒有初始化的對象。

　　　　　　解決方案：

　　　　　　　　（1）不允許2）和3）重排序

　　　　　　　　（2）允許2）和3）重排序，但不允許其他線程“看到”這個重排序

　　　　

　　　　2、基於volatile的解決方案

　　　　　通過將instance聲明為volatile型來禁止2）和3）之間的重排序

public class VolatileDoubleCheckLock {
    // 將instance聲明為volatile型
    private volatile static Instance instance;
    public static Instance getInstance(){
        // 第一次檢查
        if(instance==null){
            // 第一次檢查為null再進行加鎖，降低同步帶來的性能開銷
            synchronized (VolatileDoubleCheckLock.class){
                // 第二次檢查
                if(instance==null){
                    // 多線程下將禁止2）和3）之間的重排序
                    instance=new Instance();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
}

 

　　　　3、基於類初始化的解決方案

　　　　　JVM在類的初始化階段（即被Class加載后，且被線程使用之前），會執行類的初始化。在執行類的初始化期間，JVM會去獲取一個鎖（Class對象的初始化鎖）。這個鎖可以同步多個線程對一個類的初始化。

public class InstanceFactory {
    private static class InstanceHolder{
        public static Instance instance=new Instance();
    }
    
    public static Instance getInstance(){
        return InstanceHolder.instance;
    }
}

 　　　在多線程下，第一個執行getInstance方法的線程會先初始化InstanceHolder類。多個線程的情況下也只有一個線程能獲取到InstanceHolder類的Class對象的初始化鎖。第一個獲取到nstanceHolder類的Class對象的初始化鎖的線程將初始化InstanceHolder類中的靜態屬性instance。根據happens-before關系，其他線程將知道InstanceHolder類已被初始化，將結束初始化過程直接訪問InstanceHolder。