线程安全的单例模式

Head first--Design Patterns中关于单例模式的描述:

1. 全局变量的缺点：

必须在程序一开始就创建好对象，如果程序在这次的执行过程中又一直没用到它，就非常耗费资源。

2. 经典的单例模式实现：

Java代码

public class Singleton { 
 //用一个静态变量来记录Singleton类的唯一实例 
 private static Singleton uniqueInstance; 
 
 private Singleton() {} 
 
 //注意这个方法也是静态的 
 public &lt;SPAN style="COLOR: #ff0000"&gt;static&lt;/SPAN&gt; Singleton getInstance() { 
 if(uniqueInstance == null) { 
 uniqueInstance = new Singleton(); 
 } 
 return uniqueInstance; 
 } 
} 
 
public class Singleton { 
 //用一个静态变量来记录Singleton类的唯一实例
 private static Singleton uniqueInstance;
 
 private Singleton() {}
 
 //注意这个方法也是静态的
 public static Singleton getInstance() { 
 if(uniqueInstance == null) {
 uniqueInstance = new Singleton();
 }
 return uniqueInstance;
 }
}

单例常被用来管理共享的资源，例如数据库连接、线程池、缓存、注册表。

单例模式确保一个类只有一个实例，并提供一个全局访问点。

这个模式的问题：在多线程时，并不能保证这个类只被实例化一次。

3. 处理多线程：

public class Singleton {
Java代码
 //用一个静态变量来记录Singleton类的唯一实例 
 private static Singleton uniqueInstance; 
 
 private Singleton() {} 
 
 //注意这个方法也是静态的 
 public static &lt;SPAN style="COLOR: #ff0000"&gt;synchronized&lt;/SPAN&gt; Singleton getInstance() { 
 if(uniqueInstance == null) { 
 uniqueInstance = new Singleton(); 
 } 
 return uniqueInstance; 
 } 
} 
 
 //用一个静态变量来记录Singleton类的唯一实例
 private static Singleton uniqueInstance;
 
 private Singleton() {}
 
 //注意这个方法也是静态的
 public static synchronized Singleton getInstance() { 
 if(uniqueInstance == null) {
 uniqueInstance = new Singleton();
 }
 return uniqueInstance;
 }
}

通过增加synchronized关键字到getInstance()方法中，迫使每个线程在进入方法之前，要先等别的线程离开该方法。也就是说，不会有两个线程可以同时进入这个方法。

这种方法存在的问题：只有第一次执行此方法时，才真正需要同步。换句话说，一旦设置好uniqueInstance变量，就不再需要同步这个方法了。之后每次调用这个方法，同步都是一种浪费。

4.改善多线程

4.1 如果getInstance()的性能对应用程序不是很关键，就不用优化了

4.2 使用急切创建实例，而不用延迟实例化的做法

Java代码

public class Singleton { 
 
 &lt;SPAN style="COLOR: #ff0000"&gt;private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();&lt;/SPAN&gt; 
 
 private Singleton() {} 
 
 public static Singleton getInstance() { 
 return uniqueInstance; 
 } 
} 
 
public class Singleton { 
 
 private static Singleton uniqueInstance = new Singleton();
 
 private Singleton() {}
 
 public static Singleton getInstance() { 
 return uniqueInstance;
 }
}

标红的语句在静态初始化器(static initializer)中创建单例，这保证了线程安全。

利用这个做法，JVM在加载这个类时马上创建此唯一的单件实例。JVM保证任何线程访问uniqueInstance静态变量之前，一定先创建些实例。

4.3 用“双重检查加锁”，在getInstance()中减少使用同步

首先检查实例是否已经创建，如果尚未创建，才进行同步。这样一来，只有第一次会同步，这正是我们想要的。

Java代码

public class Singleton { 
 
 private volatile static Singleton uniqueInstance; 
 
 private Singleton() {} 
 
 public static Singleton getInstance() { 
 if(uniqueInstance == null) { //(1) 
 //只有第一次才彻底执行这里的代码 
 synchronized() { 
 //再检查一次 
 if(uniqueInstance == null) 
 uniqueInstance = new Singleton(); 
 } 
 } 
 return uniqueInstance; 
 } 
} 
 
public class Singleton { 
 
 private volatile static Singleton uniqueInstance;
 
 private Singleton() {}
 
 public static Singleton getInstance() { 
 if(uniqueInstance == null) { //(1)
 //只有第一次才彻底执行这里的代码
 synchronized() {
 //再检查一次
 if(uniqueInstance == null)
 uniqueInstance = new Singleton();
 }
 }
 return uniqueInstance;
 }
}

在最开始如果有1、2、3个线程走到了(1)处，假设1进入了同步块，2、3等待。1实例化后，2进入同步块，发现uniqueInstance已经不为空，跳出同步块。接着3进入，又跳出同步块。

volatile关键字确保：当uniqueInstance变量被初始化成Singleton实例时，多个线程正确地uniqueInstance变量。如果性能是你关心的重点，那么这个做法可以帮你大大地减少getInstance()的时间耗费。

线程安全的单例模式

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