多线程下的单例实现方案

什么是单例模式?

在文章开始之前我们还是有必要介绍一下什么是单例模式。单例模式是为确保一个类只有一个实例，并为整个系统提供一个全局访问点的一种模式方法。

从概念中体现出了单例的一些特点：

（1）、在任何情况下，单例类永远只有一个实例存在

（2）、单例需要有能力为整个系统提供这一唯一实例

为了便于读者更好的理解这些概念，下面给出这么一段内容叙述：

在计算机系统中，线程池、缓存、日志对象、对话框、打印机、显卡的驱动程序对象常被设计成单例。这些应用都或多或少具有资源管理器的功能。每台计算机可以有若干个打印机，但只能有一个Printer Spooler，以避免两个打印作业同时输出到打印机中。每台计算机可以有若干通信端口，系统应当集中管理这些通信端口，以避免一个通信端口同时被两个请求同时调用。总之，选择单例模式就是为了避免不一致状态，避免政出多头。

正是由于这个特点，单例对象通常作为程序中的存放配置信息的载体，因为它能保证其他对象读到一致的信息。例如在某个服务器程序中，该服务器的配置信息可能存放在数据库或文件中，这些配置数据由某个单例对象统一读取，服务进程中的其他对象如果要获取这些配置信息，只需访问该单例对象即可。这种方式极大地简化了在复杂环境下，尤其是多线程环境下的配置管理，但是随着应用场景的不同，也可能带来一些同步问题。

1、饿汉式单例

饿汉式单例是指在方法调用前，实例就已经创建好了。下面是实现代码：

package org.mlinge.s01;  
  
public class MySingleton {  
      
    private static MySingleton instance = new MySingleton();  
      
    private MySingleton(){}  
      
    public static MySingleton getInstance() {  
        return instance;  
    }  
      
}

以上是单例的饿汉式实现，我们来看看饿汉式在多线程下的执行情况，给出一段多线程的执行代码：

package org.mlinge.s01;  
  
public class MyThread extends Thread{  
      
    @Override  
    public void run() {   
        System.out.println(MySingleton.getInstance().hashCode());  
    }  
      
    public static void main(String[] args) {   
          
        MyThread[] mts = new MyThread[10];  
        for(int i = 0 ; i < mts.length ; i++){  
            mts[i] = new MyThread();  
        }  
          
        for (int j = 0; j < mts.length; j++) {  
            mts[j].start();  
        }  
    }  
}

代码运行结果：从运行结果可以看出实例变量额hashCode值一致，这说明对象是同一个，饿汉式单例实现了。

2、懒汉式单例

懒汉式单例是指在方法调用获取实例时才创建实例，因为相对饿汉式显得“不急迫”，所以被叫做“懒汉模式”。下面是实现代码：

package org.mlinge.s02;  
  
public class MySingleton {  
      
    private static MySingleton instance = null;  
      
    private MySingleton(){}  
      
    public static MySingleton getInstance() {  
        if(instance == null){//懒汉式  
            instance = new MySingleton();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

这里实现了懒汉式的单例，但是熟悉多线程并发编程的朋友应该可以看出，在多线程并发下这样的实现是无法保证实例实例唯一的，甚至可以说这样的失效是完全错误的，下面我们就来看一下多线程并发下的执行情况，这里为了看到效果，我们对上面的代码做一小点修改：

package org.mlinge.s02;  
  
public class MySingleton {  
      
    private static MySingleton instance = null;  
      
    private MySingleton(){}  
      
    public static MySingleton getInstance() {  
        try {   
            if(instance != null){//懒汉式   
                  
            }else{  
                //创建实例之前可能会有一些准备性的耗时工作   
                Thread.sleep(300);  
                instance = new MySingleton();  
            }  
        } catch (InterruptedException e) {   
            e.printStackTrace();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

这里假设在创建实例前有一些准备性的耗时工作要处理，多线程调用：

package org.mlinge.s02;  
  
public class MyThread extends Thread{  
      
    @Override  
    public void run() {   
        System.out.println(MySingleton.getInstance().hashCode());  
    }  
      
    public static void main(String[] args) {   
          
        MyThread[] mts = new MyThread[10];  
        for(int i = 0 ; i < mts.length ; i++){  
            mts[i] = new MyThread();  
        }  
          
        for (int j = 0; j < mts.length; j++) {  
            mts[j].start();  
        }  
    }  
}

代码运行结果如下：

从这里执行结果可以看出，单例的线程安全性并没有得到保证，那要怎么解决呢？

3、线程安全的懒汉式单例

要保证线程安全，我们就得需要使用同步锁机制，下面就来看看我们如何一步步的解决存在线程安全问题的懒汉式单例（错误的单例）。

（1）、方法中声明synchronized关键字

出现非线程安全问题，是由于多个线程可以同时进入getInstance()方法，那么只需要对该方法进行synchronized的锁同步即可：

package org.mlinge.s03;  
  
public class MySingleton {  
      
    private static MySingleton instance = null;  
      
    private MySingleton(){}  
      
    public synchronized static MySingleton getInstance() {  
        try {   
            if(instance != null){//懒汉式   
                  
            }else{  
                //创建实例之前可能会有一些准备性的耗时工作   
                Thread.sleep(300);  
                instance = new MySingleton();  
            }  
        } catch (InterruptedException e) {   
            e.printStackTrace();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

此时任然使用前面验证多线程下执行情况的MyThread类来进行验证，将其放入到org.mlinge.s03包下运行，执行结果如下：

从执行结果上来看，问题已经解决了，但是这种实现方式的运行效率会很低。同步方法效率低，那我们考虑使用同步代码块来实现：

（2）、同步代码块实现

package org.mlinge.s03;  
  
public class MySingleton {  
      
    private static MySingleton instance = null;  
      
    private MySingleton(){}  
      
    //public synchronized static MySingleton getInstance() {  
    public static MySingleton getInstance() {  
        try {   
            synchronized (MySingleton.class) {  
                if(instance != null){//懒汉式   
                      
                }else{  
                    //创建实例之前可能会有一些准备性的耗时工作   
                    Thread.sleep(300);  
                    instance = new MySingleton();  
                }  
            }  
        } catch (InterruptedException e) {   
            e.printStackTrace();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

这里的实现能够保证多线程并发下的线程安全性，但是这样的实现将全部的代码都被锁上了，同样的效率很低下。

（3）、针对某些重要的代码来进行单独的同步（可能非线程安全）

针对某些重要的代码进行单独的同步，而不是全部进行同步，可以极大的提高执行效率，我们来看一下：

package org.mlinge.s04;  
  
public class MySingleton {  
      
    private static MySingleton instance = null;  
      
    private MySingleton(){}  
       
    public static MySingleton getInstance() {  
        try {    
            if(instance != null){//懒汉式   
                  
            }else{  
                //创建实例之前可能会有一些准备性的耗时工作   
                Thread.sleep(300);  
                synchronized (MySingleton.class) {  
                    instance = new MySingleton();  
                }  
            }   
        } catch (InterruptedException e) {   
            e.printStackTrace();  
        }  
        return instance;  
    }  
}

此时同样使用前面验证多线程下执行情况的MyThread类来进行验证，将其放入到org.mlinge.s04包下运行，执行结果如下：

从运行结果来看，这样的方法进行代码块同步，代码的运行效率是能够得到提升，但是却没能保住线程的安全性。

posted @ 2018-03-05 18:39 风骚少年阅读(227) 评论(0) 收藏举报

刷新页面返回顶部

风骚少年